Informe Final Proyecto de Graduacion

INSTITUTO TECNOLOGICO DE COSTA RICA
ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRONICA
Diseño de una red inalámbrica para las radiobases celulares del Instituto
Costarricense De Electricidad.
Proyecto de graduación para optar por el título de Ingeniero en
Electrónica con el grado académico de Licenciatura.
Oldemar Segura Segura
Cartago, Diciembre de 2009.
Resumen
El presente trabajo consiste en la elaboración de un estudio de factibilidad
técnica para el establecimiento de una red inalámbrica que permita el
transporte de video y datos, desde las radiobases celulares hacia la red interna
del I.C.E con el fin de reforzar la seguridad en estos sitios y de este modo
disminuir los actos delictivos que generan grandes pérdidas a la institución. El
proyecto se desarrolló para la región de Guanacaste para la cual se realizó un
estudio de la distribución de las radiobases en la zona.
Dado que para la implementación se debe hacer uso del espectro
radioeléctrico, se efectúo un análisis legal del proyecto para conocer las
limitantes legales existen para su realización.
El estudio de factibilidad contempla una serie de cálculos y aproximaciones
matemáticas empleadas para la obtención del ancho de banda requerido por el
proyecto, así como para el cálculo de diferentes variables que afectan el diseño
de enlaces radioeléctricos como es el caso de los presupuestos de enlaces,
radio de zona de Fresnel, altura de instalación de los equipos, etc.
Además se establecen los diferentes requerimientos que se deben de tomar en
cuenta para la creación de un posible cartel de licitación para la compra de los
equipos inalámbricos, así como una descripción de los algoritmos empleados
para el desarrollo de la base de datos que contiene la información de
localización, descripción y función de cada una de las radiobases de la red.
Finalmente se realizó la propuesta de la topología de enlace entre las
diferentes radiobases de la zona en estudio.
Palabras clave: enlace Punto a punto, Punto a Multipunto, radiobase,
recomendaciones UIT-R, atenuación debido a la lluvia, presupuesto de enlace,
perdidas de propagación en el espacio libre, antenas, zona de Fresnel,
Lenguaje de programación PHP, HTML, modulación OFDM.
Abstract
The present work is the elaboration of a technical feasibility study for
establishing a wireless network that allows the transport of video and data from
the cellular radio base stations to I.C.E´s internal network in order to strengthen
security at these sites and thereby reducing criminal acts on them and making
heavy losses to the institution. The project was developed for the Guanacaste
region in which they performed a study of the distribution of radio base stations
in the area.
Given that implementation should make use of radio spectrum, was performed
legal analysis of the project to know the legal constraints to the achievement of
it.
The feasibility study envisages a series of calculations and mathematical
approaches for calculating the bandwidth required by the project and for the
calculation of different variables such as link budgets, Fresnel zones, height of
installation equipment, etc.
Besides establishing the different requirements that must be taken into account
for the creation of a cartel may tender for the purchase of wireless equipment
and a description of the algorithms used for the development of the database
containing information location, description and function of each network radio
base stations.
Lastly, there was the proposal of the topology of connection between the
different radio base stations of the study area.
Keywords:
Point
to
point,
point
to
multipoint
base
station,
ITU-R
recommendations, attenuation due to rain, link budget, loss of free-space
propagation, antennas, Fresnel zone, PHP programming language, HTML,
OFDM modulation.
Índice General
INTRODUCCIÓN. .................................................................................................................................... 1
PROBLEMA EXISTENTE E IMPORTANCIA DE SU SOLUCIÓN................................................................ 1
CAPITULO 1
1.1
1.2
1.3
METAS Y OBJETIVOS ................................................................................................... 3
META............................................................................................................................. 3
OBJETIVO GENERAL. ...................................................................................................... 3
OBJETIVOS ESPECÍFICOS. ............................................................................................... 3
CAPITULO 2
MARCO TEÓRICO ........................................................................................................ 5
2.1
2.2
DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA O PROCESO A MEJORAR......................................................... 5
DESCRIPCIÓN DE LOS PRINCIPALES PRINCIPIOS ELECTRÓNICOS RELACIONADOS CON LA
ELABORACIÓN DE RADIOENLACES. ................................................................................................ 7
2.2.1 PRESUPUESTO DE ENLACE. ............................................................................................. 7
2.2.2 ATENUACIÓN DE LA SEÑAL DE RADIOFRECUENCIA............................................................. 8
Perdidas de propagación en el espacio libre “PEL”. ........................................... 8
2.2.2.1
Perdidas de atenuación debido a la lluvia......................................................... 10
2.2.2.2
Perdida de atenuación debido al multi-trayecto ................................................ 12
2.2.2.3
2.2.3 ZONA DE FRESNEL ....................................................................................................... 13
2.2.4 MODULACIÓN DIGITAL OFDM. ...................................................................................... 15
2.2.5 POLARIZACIÓN DE LA ONDA ELECTROMAGNÉTICA. .......................................................... 17
2.2.6 PATRÓN DE RADIACIÓN. ................................................................................................ 18
2.2.7 RADIO EFECTIVO DE LA TIERRA. ..................................................................................... 19
2.2.8 CURVATURA DE LA TIERRA. ........................................................................................... 20
2.2.9 CÁLCULO DE LA ALTURA DE LAS ANTENAS. ..................................................................... 21
CAPITULO 3
PROCEDIMIENTO METODOLÓGICO. ......................................................................... 23
3.1
RECONOCIMIENTO Y DEFINICIÓN DEL PROBLEMA. ........................................................... 23
OBTENCIÓN Y ANÁLISIS DE INFORMACIÓN. ...................................................................... 24
3.2
Entrevista al personal encargado de la seguridad de las radiobases. ............. 24
3.2.1
Investigación del aspecto legal del proyecto. ................................................... 24
3.2.2
Determinación de la topología para enlazar las diferentes radiobases. ........... 25
3.2.3
Diseño de enlaces entre las diversas radiobases. ............................................ 25
3.2.4
Análisis de las principales tecnologías inalámbricas disponibles en el mercado.
3.2.5
26
Desarrollo de la base de datos. ........................................................................ 26
3.2.6
EVALUACIÓN DE ALTERNATIVAS Y SÍNTESIS DE LA SOLUCIÓN. .......................................... 26
3.3
3.3.1 TOPOLOGÍAS DE ENLACE ANALIZADAS. ........................................................................... 27
Topología Mallada (Mesh)................................................................................. 27
3.3.1.1
Topología Punto a Punto................................................................................... 29
3.3.1.2
CAPITULO 4
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA SOLUCIÓN. ............................................................ 33
4.1
ANCHO DE BANDA REQUERIDO POR LOS EQUIPOS. ........................................................ 33
ANÁLISIS LEGAL DEL PROYECTO. ................................................................................... 40
4.2
4.3
ANÁLISIS DE LOS EQUIPOS. ........................................................................................... 41
Equipos Punto a Punto que operan bajo frecuencias no licenciadas. .............. 42
4.3.1
Equipos Punto a Multipunto que operan bajo frecuencias no licenciadas........ 44
4.3.2
ANÁLISIS DE LA TOPOLOGÍA ACTUAL DE LAS RADIOBASES. ............................................. 47
4.4
CALCULO DE PARÁMETROS Y ANÁLISIS DEL PERFIL DE LOS ENLACES. .............................. 48
4.5
4.5.1 SITIOS CON CONEXIÓN INALÁMBRICA AL PUNTO DE PRESENCIA (POP) ............................ 49
Perdidas de propagación en el espacio libre. ................................................... 49
4.5.1.1
Atenuación debido a la Lluvia. .......................................................................... 51
4.5.1.2
Cálculo de la zona de Fresnel. .......................................................................... 55
4.5.1.3
Cálculo de la altura óptima de los equipos. ...................................................... 56
4.5.1.4
Presupuesto de enlace...................................................................................... 58
4.5.1.5
4.5.2 SITIOS SIN CONEXIÓN INALÁMBRICA AL PUNTO DE PRESENCIA (POP) ............................. 60
Perdidas de propagación en el espacio libre. ................................................... 60
4.5.2.1
4.5.2.2
Atenuación debido a la Lluvia. .......................................................................... 61
Presupuesto de enlace...................................................................................... 62
4.5.2.3
DEFINICIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS DE LOS EQUIPOS INALÁMBRICOS A EMPLEAR. ........ 62
4.6
Requerimientos Eléctricos................................................................................. 63
4.6.1
Requerimientos Físicos. .................................................................................... 64
4.6.2
Requerimientos de Red..................................................................................... 65
4.6.3
Requerimientos de Seguridad. .......................................................................... 67
4.6.4
DEFINICIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS DE LOS EQUIPOS PARA ENLAZARSE AL E1. ............ 69
4.7
INTERCONEXION DE LOS EQUIPOS A EMPLEAR. ............................................................... 70
4.8
Estacion Base con enlace E1. .......................................................................... 71
4.8.1
Estación con acceso al Puntos de Presencia. .................................................. 73
4.8.2
Radiobases suscriptoras. .................................................................................. 74
4.8.3
DESCRIPCIÓN DEL SOFTWARE. ...................................................................................... 75
4.9
4.9.1 DISEÑO DE LAS PÁGINAS WEB ESTÁTICAS....................................................................... 77
Página de Rechazo de acceso. ........................................................................ 78
4.9.1.1
Página para la creación de una cuenta de usuario. .......................................... 79
4.9.1.2
Página para el formulario de introducción de equipo nuevo. ............................ 80
4.9.1.3
4.9.2 UTILIZACIÓN DEL API DE LOS MAPAS DE LA EMPRESA GOOGLE®. ................................... 82
4.9.3 DISEÑO DE LAS PÁGINAS WEB DINÁMICAS....................................................................... 82
4.9.3.1
Página para ingresar un nuevo Equipo ............................................................. 83
Página para ingresar un nuevo usuario. ........................................................... 83
4.9.3.2
Página de Búsqueda. ........................................................................................ 84
4.9.3.3
CAPITULO 5
ANÁLISIS DE RESULTADOS. ....................................................................................... 94
CAPITULO 6
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .................................................................. 103
6.1
6.2
CONCLUSIONES.......................................................................................................... 103
RECOMENDACIONES ................................................................................................... 105
BIBLIOGRAFÍA Y REFERENCIAS. .......................................................................................................... 106
APÉNDICE .......................................................................................................................................... 109
A.1
CÁLCULO DE ENLACES CON ACCESO DIRECTO A LA RED INSTITUCIONAL ......................... 112
A.1.1 CENTRAL TELEFÓNICA DE BAGASES 50401-02 ............................................................ 112
Perdidas de propagación en el espacio libre. ................................................. 112
A.1.1.1
Atenuación debido a la lluvia. ......................................................................... 113
A.1.1.2
Calculo de la zona de Fresnel. ........................................................................ 116
A.1.1.3
Presupuesto de enlace.................................................................................... 119
A.1.1.4
Presupuesto de enlace.................................................................................... 120
A.1.1.5
CÁLCULO DE ENLACES CON ACCESO A LA RED INSTITUCIONAL POR MEDIO DE UN ENLACE
A.2
E1……………………………………………………………………………………………………121
A.2.2 CENTRAL TELEFÓNICA PUNTA CACIQUE 50503-02 ...................................................... 121
Perdidas de propagación en el espacio libre. ................................................. 121
A.2.2.1
Atenuación debido a la lluvia. ......................................................................... 122
A.2.2.2
Cálculo de la zona de Fresnel. ........................................................................ 123
A.2.2.3
Presupuesto de enlace.................................................................................... 124
A.2.2.4
GRÁFICA DE INTERPOLACIÓN PARA EL CÁLCULO DE K H Y Α H. ......................................... 125
A.3
Cálculo de la constante K h .............................................................................. 125
A.3.1
A.3.2 CÁLCULO DE LA CONSTANTE Α H ................................................................................... 126
ANEXOS………………………………………………………………………………………………………………………………………….129
ANEXO 1.
CONSTANTES DE POLARIZACIÓN HORIZONTAL Y VERTICAL PRESENTES EN LA
RECOMENDACIÓN UIT-R P.838-3. ........................................................................................... 129
MAPA DE LA INTENSIDAD DE LLUVIA (MM/H), PRESENTE EN LA RECOMENDACIÓN UIT-R
ANEXO 2.
P.837-1.
ANEXO 3.
130
ANCHOS DE BANDA DISPONIBLES EN LAS AGENCIAS TELEFÓNICAS Y CENTRALES
ELÉCTRICAS. 131
UBICACIÓN GEOGRÁFICA Y FUNCIÓN DESEMPEÑADA POR CADA UNO DE LAS
ANEXO 4.
RADIOBASES ANALIZADAS......................................................................................................... 132
Índice de Figuras
FIGURA 1 RADIOBASE CELULAR ABROJO-CIUDAD NEILLY................................................................... 1
FIGURA 2.1 DIAGRAMA DEL SISTEMA GLOBAL. .................................................................................. 5
FIGURA 2.2 RELACIÓN DE LA ATENUACIÓN DE LA POTENCIA DE TRANSMISIÓN RESPECTO A LA
DISTANCIA............................................................................................................................... 7
FIGURA 2.3 EJEMPLO DEL EFECTO DEL MULTI-TRAYECTO EN LAS SEÑALES RADIOELÉCTRICAS.......... 12
FIGURA 2.4 DIAGRAMA DEL PRINCIPIO DE HUYGENS. ...................................................................... 13
FIGURA 2.5 DIAGRAMA DE LA ZONA DE FRESNEL. ........................................................................... 14
FIGURA 2.6 DISTRIBUCIÓN DE LOS DIFERENTES RADIOS DE LA ZONA DE FRESNEL. ........................... 15
FIGURA 2.7 SUB-PORTADORAS OFDM EN EL DOMINIO DE LA FRECUENCIA. ...................................... 16
FIGURA 2.8 DIAGRAMA FASORIAL DEL CAMPO ELÉCTRICO. .............................................................. 18
FIGURA 2.9 PATRÓN DE RADIACIÓN DE UNA ANTENA SECTORIAL....................................................... 18
FIGURA 2.10 CURVATURA DE LA SEÑAL TRANSMITIDA DEBIDO AL FACTOR DE RADIO FICTICIO K. ......... 20
FIGURA 2.11 EFECTO DE LA CURVATURA DE LA TIERRA SOBRE EL CÁLCULO DE LOS NIVELES DE
ELEVACIÓN DEL TERRENO. ..................................................................................................... 21
FIGURA 3.1 COBERTURA BRINDADA POR LOS EQUIPOS DE LA TABLA 2. ............................................. 28
FIGURA 3.2 TOPOLOGÍA PUNTO A PUNTO PROPUESTA PARA LA REGIÓN DE GUANACASTE. ................ 30
FIGURA 3.3 TOPOLOGÍA PUNTO A MULTIPUNTO PROPUESTA COMO EJEMPLO EN LA REGIÓN DE
CARTAGO. ............................................................................................................................ 31
FIGURA 4.1 ANCHO DE BANDA REQUERIDO POR LAS CÁMARAS BASADO EN LA TABLA 3. .................... 34
FIGURA 4.2 ANCHO DE BANDA REQUERIDO POR LAS CÁMARAS BASADO EN LA TABLA 4. .................... 35
FIGURA 4.3 ANCHO DE BANDA REQUERIDO POR LAS CÁMARAS BASADO EN LA TABLA 5. .................... 36
FIGURA 4.4 ANCHO DE BANDA REQUERIDO POR LAS CÁMARAS BASADO EN LA TABLA 6. .................... 38
FIGURA 4.5 ANCHO DE BANDA REQUERIDO POR LAS CÁMARAS BASADO EN LA TABLA 7. .................... 39
FIGURA 4.6 DISTRIBUCIÓN DE LOS SITIOS DE ESTUDIO. ................................................................... 48
FIGURA 4.7 DIAGRAMA DE CONEXIÓN PARA LA ESTACIONES BASE CON ENLACES E1. ........................ 72
FIGURA 4.8 DIAGRAMA DE CONEXIÓN DEL EQUIPO CONVERTIDOR DE IP A G.703. ............................ 73
FIGURA 4.9 DIAGRAMA DE CONEXIÓN ENTRE LOS EQUIPOS COLOCADOS EN LAS ESTACIONES
CENTRALES........................................................................................................................... 74
FIGURA 4.10 DIAGRAMA DE CONEXIÓN ENTRE LOS EQUIPOS COLOCADOS EN LAS ESTACIONES
CENTRALES........................................................................................................................... 75
FIGURA 4.11 ESTRUCTURA DE INTERACCIÓN ENTRE LAS PRINCIPALES PÁGINAS WEB......................... 76
FIGURA 4.12 MENSAJE DE ADVERTENCIA PARA RECHAZAR EL ACCESO A LA BASE DE DATOS. ............. 77
FIGURA 4.13 DIAGRAMA DE FLUJO DE LA LÓGICA EMPLEADA PARA LA PÁGINA RECHAZO.HTML. .......... 78
FIGURA 4.14 PÁGINA DE ACCESO A LA BASE DE DATOS. ................................................................... 79
FIGURA 4.15 DIAGRAMA DE FLUJO DE LA LÓGICA EMPLEADA PARA LA PÁGINA CREARCUENTA.HTML. .. 79
FIGURA 4.16 INFORMACIÓN SOLICITADA PARA LA CREACIÓN DE UN NUEVO USUARIO. ........................ 80
FIGURA 4.17 DIAGRAMA DE FLUJO DE LA LÓGICA EMPLEADA PARA LA PÁGINA
FORMULARIOEQUIPO.HTML.................................................................................................... 81
FIGURA 4.18 FORMULARIO EMPLEADO PARA ENLISTAR NUEVOS SITIOS DENTRO DE LA BASE DE DATOS.
............................................................................................................................................ 81
FIGURA 4.19 DIAGRAMA DE FLUJO PARA LA INTRODUCCIÓN DE NUEVOS SITIOS A LA BASE DE DATOS. . 83
FIGURA 4.20 DIAGRAMA DE FLUJO PARA LA CREACIÓN DE CUENTAS DE USUARIO EN LA BASE DE DATOS.
............................................................................................................................................ 84
FIGURA 4.21 DIAGRAMA DE FLUJO DE LA BÚSQUEDA REALIZADA DENTRO LA BASE DE DATOS. ............ 84
FIGURA 4.22 MAPA DE LA UBICACIÓN POR CALLES Y AVENIDAS DE LAS RADIOBASES CELULARES
INGRESADAS EN LA BASE DE DATOS........................................................................................ 85
FIGURA 4.23 VISTA SATELITAL DE LAS RADIOBASES CELULARES INGRESADAS EN LA BASE DE DATOS.. 86
FIGURA 4.24 DISTRIBUCIÓN DE LOS SITIOS DE ESTUDIO DE LA REGIÓN DE GUANACASTE. .................. 87
FIGURA 4.25 DISTRIBUCIÓN DE LOS SITIOS DE ESTUDIO DE LA REGIÓN DE GUANACASTE. .................. 87
FIGURA 4.26 UBICACIÓN DE LAS RADIOBASES CELULARES QUE POSEEN ACCESO A LA RED DEL I.C.E. 89
FIGURA 4.27 TOPOLOGÍA PROPUESTA PARA LA CENTRAL TELEFÓNICA DE FILADELFIA Y LAS RADIOBASES
DE LOS ALREDEDORES........................................................................................................... 90
FIGURA 4.28 TOPOLOGÍA PROPUESTA PARA LAS RADIOBASES DE TIERRAS MORENAS Y EL SILENCIO EN
LA ZONA DE TILARÁN. ............................................................................................................ 91
FIGURA 4.29 UBICACIÓN DE LAS CENTRALES TELEFÓNICAS EN LAS QUE SE EMPLEARA UN ENLACE E1.
............................................................................................................................................ 92
FIGURA 4.30 ENLACES ESTABLECIDOS EN LA CENTRAL TELEFÓNICA DEL CERRO SANTA RITA. ........... 93
FIGURA A.1.1 IMAGEN DE LA TOPOLOGÍA EMPLEADA PARA EL POP DE BAGASES. .......................... 112
FIGURA A.1.2 PERFIL DE ENLACE ENTRE LA CENTRAL TELEFÓNICA DE BAGASES Y LA CENTRAL
TELEFÓNICA DE MONTENEGRO. ........................................................................................... 116
FIGURA A.1.3 PERFIL DE ENLACE ENTRE LA CENTRAL TELEFÓNICA DE BAGASES Y LA RADIOBASE DE
PALMIRA. ............................................................................................................................ 117
FIGURA A.1.4 PERFIL DE ENLACE ENTRE LA CENTRAL TELEFÓNICA DE BAGASES Y LA RADIOBASE DE
TIERRAS MORENAS. ............................................................................................................ 118
FIGURA A.2.1 IMAGEN DE LA TOPOLOGÍA EMPLEADA PARA EL POP DE PUNTA CACIQUE................ 121
FIGURA A.2.2 PERFIL DE ENLACE ENTRE LA CENTRAL TELEFÓNICA DE PUNTA CACIQUE Y LA
RADIOBASE DE PLAYA PANAMÁ. ........................................................................................... 123
FIGURA A.3.1 POLINOMIO DE INTERPOLACIÓN PARA EL CÁLCULO DEL COEFICIENTE KH. ................. 126
FIGURA A.3.2 POLINOMIO DE INTERPOLACIÓN PARA EL CÁLCULO DEL COEFICIENTE ΑH. .................. 127
FIGURA A.3.3 POLINOMIO DE INTERPOLACIÓN PARA EL CÁLCULO DEL COEFICIENTE ΑH PARA LAS
FRECUENCIAS DE 4.5GHZ A 7GHZ....................................................................................... 128
Índice de Tablas.
TABLA 1. CONDICIONES DE SIMULACIÓN PARA LOS EQUIPOS NETKROM Y SKYPILOT. ........................ 27
TABLA 2. ANCHO DE BANDA REQUERIDO POR CÁMARA..................................................................... 34
TABLA 3. ANCHO DE BANDA REQUERIDO POR LAS 4 CÁMARAS PARA UNA RESOLUCIÓN DE 352X240
PIXELES. ............................................................................................................................... 35
TABLA 4. ANCHO DE BANDA REQUERIDO POR LAS 4 CÁMARAS PARA UNA RESOLUCIÓN DE 704X576
PIXELES. ............................................................................................................................... 36
TABLA 5. ANCHO DE BANDA REQUERIDO PARA UNA RESOLUCIÓN DE 352X240 PIXELES Y 15 CUADROS
POR SEGUNDO. ..................................................................................................................... 37
TABLA 6. ANCHO DE BANDA REQUERIDO PARA UNA RESOLUCIÓN DE 704X576 PIXELES Y 15 CUADROS
POR SEGUNDO. ..................................................................................................................... 38
TABLA 7. EQUIPOS PUNTO A PUNTO QUE OPERAN BAJO FRECUENCIAS NO LICENCIADAS. .................. 42
TABLA 8. EQUIPOS PUNTO A MULTIPUNTO QUE OPERAN BAJO FRECUENCIAS NO LICENCIADAS. ......... 44
TABLA 9. COMPARACIÓN ENTRE LOS DIFERENTES EQUIPOS SUSCRIPTORES. .................................... 45
TABLA 10.PERDIDAS DE PROPAGACIÓN EN EL ESPACIO LIBRE. ......................................................... 50
TABLA 11. ATENUACIÓN DE LA SEÑAL DEBIDO A LA LLUVIA. .............................................................. 54
TABLA 12. CÁLCULO DEL PRIMER RADIO DE LA ZONA DE FRESNEL.................................................... 55
TABLA 13. CÁLCULO DE LA ALTURA ÓPTIMA PARA LA COLOCACIÓN DE LOS EQUIPOS. ........................ 58
TABLA 14. PRESUPUESTO DE ENLACE ENTRE LAS RADIOBASES 50102-01 Y 20104-01. .................. 59
TABLA 15. PRESUPUESTO DE ENLACE ENTRE LAS RADIOBASES Y LOS PUNTOS DE PRESENCIA DE LA
RED. ..................................................................................................................................... 59
TABLA 16.PERDIDAS DE PROPAGACIÓN EN EL ESPACIO LIBRE PARA LOS ENLACES E1. ...................... 61
TABLA 17. ATENUACIÓN DE LA SEÑAL DEBIDO A LA LLUVIA PARA LOS ENLACES AL E1. ....................... 61
TABLA 18. PRESUPUESTO DE ENLACE ENTRE LAS RADIOBASES Y LOS PUNTOS DE INTERCONEXIÓN CON
EL ENLACE E1. ...................................................................................................................... 62
TABLA 19. COMPARACIÓN DE LAS POTENCIAS DE TRANSMISIÓN PARA LOS ENLACES DE MAYOR
DISTANCIA............................................................................................................................. 64
TABLA 20. REQUERIMIENTOS TÉCNICOS DE LOS EQUIPOS INALÁMBRICOS. ........................................ 68
TABLA 21. REQUERIMIENTOS TÉCNICOS DE LOS EQUIPOS EMPLEADOS PARA LA CONVERSIÓN DE LA
TRAMA IP A G.703. ............................................................................................................... 70
TABLA 22. CONSTANTES DE POLARIZACIÓN HORIZONTAL Y VERTICAL OBTENIDAS DE LA
RECOMENDACIÓN UIT-R P.838-3. ...................................................................................... 129
Introducción.
Problema existente e importancia de su solución.
En la actualidad las radiobases celulares del Instituto Costarricense de
Electricidad se encuentran en un entorno muy inseguro dado la importancia y
tipo de servicio para el que fueron creadas lo cual las convierte en victimas de
muchos actos delictivos dentro de los cuales destaca el robo de equipos,
cables e inclusive el robo de diesel de las plantas eléctricas que se encuentran
en las mismas.
Estos hechos delictivos de los cuales han sido víctimas las radiobases
celulares
le
provocan
a
la
institución
grandes
pérdidas
de
dinero
(Aproximadamente 700 millones de colones anuales), así como un desprestigio
ante sus clientes debió a que muchos de estos hechos conllevan
que en
alguno de los casos los equipos salgan de funcionamiento durante cortos
periodos de tiempo con el fin de poder resolver el problema. Dado al relieve
que presenta nuestro país muchas de las radiobases se encuentran en
sectores de difícil acceso (en medio de montañas o lugares muy alejados de
los centros urbanos) por lo cual se desconoce si han sufrido de algún acto
vandálico ya que en numerosas ocasiones la institución se entera de estos
daños hasta que se realizan las labores de mantenimiento.
En la figura 1 se muestra una de las radiobases de Ciudad Neilly en la cual se
observa la fragilidad en la seguridad desarrollada alrededor de la misma.
Figura 1 Radiobase celular Abrojo-Ciudad Neilly.
1
El caso que se observa en la figura 1 se repite en muchas de las radiobases
celulares que se encuentran alejadas de los centros urbanos, por lo cual tener
un control de las personas que acceden a estos equipos es muy difícil de
establecer.
En la actualidad el Instituto Costarricense de Electricidad se encuentra
colocando nuevas radiobases, con el fin de mejorar la cobertura celular del país
así como para la nueva red de telefonía 3G, en muchos lugares alejados por lo
cual la vigilancia de las mismas se dificulta, haciéndolas posibles víctimas de
actos vandálicos.
2
Capitulo 1
Metas y Objetivos
1.1 Meta.
Diseñar una red inalámbrica que permita la comunicación entre las diferentes
radiobases celulares con el fin de poder tener acceso a los diversos sistemas
de seguridad instalados en las mismas. El diseño del prototipo de la red así
como los equipos seleccionados se tomarán como base para la creación de
futuras redes en diferentes regiones del territorio nacional.
1.2 Objetivo General.
Demostrar mediante un estudio de factibilidad técnico que el prototipo
desarrollado es capaz de comunicar inalámbricamente las radiobases celulares
con las diferentes agencias del I.C.E para la transmisión de video y datos
provenientes de los sistemas de seguridad.
1.3 Objetivos Específicos.
1.3.1 Proponer la topología de la red inalámbrica que permita establecer la
comunicación entre las diferentes radiobases y los centros de gestión de red.
1.3.2 Diseño de los enlaces mediante cálculos matemáticos que permitan
demostrar su viabilidad.
1.3.3 Definir
las
características
que
deben
cumplir
los
equipos
de
comunicación de las respectivas radiobases que sirva de base para desarrollar
un eventual cartel de licitación para la adquisición de los equipos.
1.3.4 Proponer los equipos de comunicación y su interconexión para que
cumplan con las características necesarias para establecer los enlaces entre
las radiobases.
3
1.3.5 Desarrollar una base de datos para las diferentes radiobases con el fin
de poder almacenar información de: localización, dirección IP y descripción de
la función que cumple la radiobase dentro de la red ya sea como nodo cliente,
nodo enrutador o nodo repetidor.
4
Capitulo 2
Marco Teórico
2.1 Descripción del sistema o proceso a mejorar.
El desarrollo e implementación de la red inalámbrica para las radiobases
celulares, surge como una respuesta del Instituto Costarricense de Electricidad
a los robos que han sufrido en estos sitios, ha decidido desarrollar un sistema
de vigilancia que permita prevenir la sustracción de los equipo que se
encuentran presentes en las diferentes radiobases del país.
Sin embargo para que esto pueda ser posible se necesita de una red que
permita la comunicación entre las diferentes radiobases celulares y el centro de
gestión de red, para lo cual se ha planeado emplear una red inalámbrica de
transporte la cual debe ser capaz de transportar los paquetes de datos, voz y
video generados por los sistemas de seguridad y control de acceso colocados
en las radiobases, hasta el centro de monitoreo de la red.
Figura 2.1 Diagrama del sistema global.
Realizado en: Microsoft Word 2007.
En la figura 2.1 se muestra el diagrama de cómo se incorporará el diseño de la
red inalámbrica a la solución planteada por la sección de Seguridad Electrónica
del Instituto Costarricense de Electricidad, como se puede observar el
desarrollo e implementación de esta red es de suma importancia ya que a
través de esta, el I.C.E puede tener acceso a los diferentes sistemas de control
5
y seguridad que se instalarán en las radiobases desde el centro de gestión de
red dentro de los diferentes sistemas que se podrán monitorear gracias al
diseño de esta red se encuentra la plataforma de control de acceso Continuum
de la marca Andover lo cual permitirá que el personal encargado de la
seguridad pueden ser capaz de obtener información de las personas que
ingresan a estos sitios así como la fecha y hora en la cual ocurre lo que permite
tener un mejor control del tipo de personal que ingresan a este tipo de sitios,
además de esto se podrá accesar la información brindada por los equipos de
grabación como es el caso de los video grabadores y las cámaras IP.
6
2.2 Descripción de los principales principios electrónicos relacionados con la
elaboración de radioenlaces.
2.2.1 Presupuesto de enlace.
El presupuesto de enlace
o balance de potencia es un procedimiento por
medio del cual al tener un conocimiento de la frecuencia y potencia de
transmisión, la distancia entre ambos puntos y la sensibilidad de los equipos a
emplear se es capaz de conocer la viabilidad del establecimiento del enlace. La
realización de un presupuesto de enlace es muy importante antes de iniciar el
proyecto esto con el fin de tener una mayor certeza que los equipos que se
emplearán para el diseño son capaces de permitir la comunicación entre
ambos puntos.
Figura 2.2 Relación de la atenuación de la potencia de transmisión respecto a la distancia.
Tomado de: Antenas y Cables [1] y editado en Microsoft Paint
En la figura 2.2 se muestra la relación que existe entre la potencia transmitida
y las pérdidas sufridas por la señal en su recorrido. Como se puede notar en la
figura anterior la potencia brindada por el equipo transmisor (P TX ) sufre una
pequeña atenuación lineal debido a las pérdidas sufridas por los conectores,
cables, guías de onda acoplados a la antena así como del amplificador
(G Ant_TX ) [2]. Sin embargo la señal al llegar a la antena transmisora es
amplificada (G Ant_TX ) con el fin de que esta pueda ser transmitida por el espacio
7
libre. No obstante conforme se propaga la señal de radiofrecuencia por el aire
esta experimenta una atenuación de su potencia de una manera logarítmica
conforme aumenta la distancia (PEL). En el instante que la señal alcanza el
otro punto del enlace, esta es amplificada por la antena receptora (G Ant_RX ) e
igual que en la caso del transmisor cuando ésta se propaga a través de los
cables y conectores sufre una pequeña atenuación, por último la potencia de la
señal de radiofrecuencia que logra alcanzar al equipo receptor debe estar por
encima del margen de sensibilidad del equipo receptor con el fin de que el
enlace sea factible para esto se estableció un margen de seguridad de
aproximadamente
5dB
por
encima
de
la
sensibilidad
del
receptor.
La ecuación 2.1 permite calcular el balance de potencia de un radioenlace.
𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀 ≥ 𝑃𝑃𝑇𝑇𝑇𝑇 − 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑒𝑒_𝑇𝑇𝑇𝑇 + 𝐺𝐺𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴 _ 𝑇𝑇𝑇𝑇 − 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 − 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 _𝑅𝑅𝑅𝑅 + 𝐺𝐺𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴 _𝑅𝑅𝑅𝑅 − 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴 + 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑅𝑅𝑅𝑅
(2.1)
2.2.2 Atenuación de la señal de radiofrecuencia.
En el diseño de radioenlaces se deben de tomar en cuenta una serie de efectos
que perjudican la propagación de las señales radioeléctricas de un punto a otro
dentro de este conjunto de efectos se encuentran los siguientes:
2.2.2.1 Perdidas de propagación en el espacio libre “PEL”.
Las pérdidas de propagación de espacio libre también conocidas como Free
Space Loss se definen como la manera en que la onda electromagnética se
atenúa conforme se propaga por el espacio, estas pérdidas son un aspecto
muy importante en el diseño de los radio enlaces debido a que es en este
trayecto donde se produce la mayor atenuación de la potencia de la señal
transmitida.
Las pérdidas de propagación de una señal en el espacio libre varían en función
de la frecuencia empleada así como de la distancia entre los puntos, tal y
como se muestra en la siguiente ecuación.
4𝜋𝜋𝜋𝜋 2
𝐿𝐿𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸 _𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹 = �
𝜆𝜆
�
(2.2)
8
Donde d es la distancia entre ambos puntos y λ es la longitud de onda, la cual
puede expresarse de la siguiente manera λ= c/f por lo cual al sustituirla en la
ecuación 2.2 se obtiene:
𝐿𝐿𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸 _𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷 = �
4𝜋𝜋𝜋𝜋𝜋𝜋 2
�
𝑐𝑐
(2.3)
Donde f es la frecuencia de transmisión y c = 3x108 m/s que corresponde a la
velocidad de la luz en el espacio libre, al sustituir estos valores en la ecuación
2.3 se tiene:
2
4𝜋𝜋𝜋𝜋𝜋𝜋
𝐿𝐿𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸 = �3𝑥𝑥10 8 �
(2.4)
Dado que para este proyecto se utilizarán frecuencias de transmisión en el
rango de los GHz y la distancia entre los puntos de interconexión es del rango
de los Km se reacomoda la ecuación 2.4 de la siguiente manera:
4𝜋𝜋𝜋𝜋𝜋𝜋𝜋𝜋 1𝑥𝑥10 12
𝐿𝐿𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸 = �
3𝑥𝑥10 8
2
�
(2.5)
Con el fin de obtener las pérdidas de propagación en el espacio libre en
decibeles (dB) se aplican logaritmos a ambos lados de la ecuación 2.5
obteniendo:
4𝜋𝜋∗1𝑥𝑥10 12
𝐿𝐿𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸 = 20 log �
3𝑥𝑥10 8
� + 20𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙(𝑑𝑑) + 20𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙(𝑓𝑓)
𝐿𝐿𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸 = 92.4 + 20𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙(𝑑𝑑) + 20𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙(𝑓𝑓)
(2.6)
(2.7)
La ecuación 2.7 muestra la forma en la que se relaciona las pérdidas de
propagación en el espacio libre L Espacio (dB) respecto a la distancia d (Km) y la
frecuencia de transmisión f (GHz).[3]
9
2.2.2.2 Perdidas de atenuación debido a la lluvia.
Las perdidas por atenuación debida a la lluvia deben de tomarse en cuenta
cuando se realizan enlaces inalámbricos que emplean una frecuencia de
transmisión superior a los 5GHz. Este tipo de atenuación afecta en mayor
manera a la polarización horizontal que a la vertical debido al hecho de que las
gotas de lluvia poseen una mayor área de contacto cuando se emplea la
polarización horizontal.
De acuerdo a la recomendación de la UIT-R, la atenuación debida a la lluvia se
puede obtener utilizando la siguiente ecuación:
𝐴𝐴𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇 = 𝛾𝛾𝑅𝑅 𝑑𝑑𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒
(2.8)
Donde:
𝐴𝐴𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇 = 𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴ó𝑛𝑛 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑎𝑎 𝑙𝑙𝑙𝑙 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙 (𝑑𝑑𝑑𝑑)
𝛾𝛾𝑅𝑅 = 𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴ó𝑛𝑛 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 (𝑑𝑑𝑑𝑑/𝐾𝐾𝐾𝐾)
𝑑𝑑𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 = 𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 (𝐾𝐾𝐾𝐾)
De acuerdo a la recomendación de la UIT-R P.838-3 [4], la atenuación
específica debido a la lluvia 𝛾𝛾𝑅𝑅 se obtiene a partir de la intensidad de la lluvia
R (mm/h) mediante la ecuación:
𝛾𝛾𝑅𝑅 = 𝑘𝑘𝑅𝑅 𝛼𝛼
(2.9)
Los valores de k y α se determinan en función de la frecuencia (GHz) dentro
del rango de 1 a 1000GHz. Los valores de las variables k y α pueden
calcularse por medio de las siguientes ecuaciones:
𝑘𝑘 =
𝛼𝛼 =
𝑘𝑘 𝐻𝐻 +𝑘𝑘 𝑉𝑉 +(𝑘𝑘 𝐻𝐻 −𝑘𝑘 𝑉𝑉 )𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 2 ∅ cos 2𝜏𝜏
(2.10)
𝑘𝑘 𝐻𝐻 𝛼𝛼 𝐻𝐻 + 𝑘𝑘 𝑉𝑉 𝛼𝛼 𝑉𝑉 + (𝑘𝑘 𝐻𝐻 𝛼𝛼 𝐻𝐻 −𝑘𝑘 𝑉𝑉 𝛼𝛼 𝑉𝑉 )𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 2 ∅ cos 2𝜏𝜏
(2.11)
2
2𝑘𝑘
10
Donde 𝑘𝑘𝐻𝐻 y 𝛼𝛼𝐻𝐻 son las constantes de polarización horizontal, 𝑘𝑘𝑉𝑉 y 𝛼𝛼𝑉𝑉 son las
constantes de polarización vertical, ∅ corresponde al ángulo de elevación del
trayecto del enlace, mientras que 𝜏𝜏 es el ángulo de inclinación de la
polarización de la onda electromagnética respecto a la horizontal.
La distancia efectiva del enlace 𝑑𝑑𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 (Km) se puede obtener mediante el
empleo de la ecuación:
𝑑𝑑𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 = 𝑑𝑑 ∙ 𝑟𝑟
(2.12)
Donde:
𝑑𝑑 = 𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 (𝐾𝐾𝐾𝐾)
𝑟𝑟 = 𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑
El factor de distancia se obtiene utilizando los valores de precipitación de la
región en la cual se desarrollará el enlace, por lo que el factor de distancia 𝑟𝑟
viene dado por:
𝑟𝑟 =
1
𝑑𝑑
1+ �𝑑𝑑
𝑜𝑜
(2.13)
De acuerdo a la ecuación 2.13 d es la distancia real del enlace (Km), mientras
que 𝑑𝑑𝑜𝑜 se obtiene utilizando como referencia el nivel de precipitaciones de la
región.
Para precipitaciones mayores o iguales a 100mm/h el valor de 𝑑𝑑𝑜𝑜 viene dado
por:
𝑑𝑑𝑜𝑜 = 35𝑒𝑒 −0.015𝑅𝑅0.01
(2.14)
Cuando las precipitaciones en la región en la cual se establecerá el enlace son
menores a 100mm/h el valor de 𝑑𝑑𝑜𝑜 viene dado por:
𝑑𝑑𝑜𝑜 = 100
(2.15)
11
2.2.2.3
Perdida de atenuación debido al multi-trayecto
La atenuación por multi-trayecto se debe de tomar en cuenta cuando se
elaboran enlaces de varios kilómetros de distancia y empleando frecuencias
menores a los 10GHz, ya que esta se constituye en uno de los factores que
influye en la atenuación de la potencia de la señal transmitida [5].
El efecto del multi-trayecto se crea cuando la señal radioeléctrica deja la antena
trasmisora ya que una parte de la potencia transmitida alcanza de manera
directa la antena receptora, mientras que la otra parte de la señal rebota en el
suelo y alcanza al receptor tiempo después, este desfase temporal entre las
señales se debe al hecho que cuando la señal rebota en el suelo, esta debe
recorrer una distancia mayor para poder alcanzar al receptor.
Los efectos que presenta la atenuación por multi-trayecto no solo consisten en
la pérdida de potencia de la señal trasmitida sino que afecta la calidad del
enlace aumentando el número de errores en la información captada por el
receptor (BER por sus siglas en ingles). Según con la recomendación de la
UIT-R F.1093-2 [6], uno de los métodos más eficientes para evitar los errores
provocados por la atenuación de multi-trayecto es el denominado diversidad de
espacio el cual consiste en colocar dos antenas distintas en la misma torre
separadas la una de la otra por varias longitudes de onda esto con el fin de
captar la información en varias trayectorias y poder combinar ambas señales
para así evitar la pérdida de información.
Figura 2.3. Ejemplo del efecto del Multi-trayecto en las señales radioeléctricas.
Tomado de: Diseño de radioenlaces [10] y editado en Microsoft Paint
12
2.2.3 Zona de Fresnel
Este concepto se basa en el principio de Huygens el cual establece que cada
punto de un frente de onda que avanza es el centro de un nuevo frente de onda
esférico secundario el cual posee la misma velocidad, frecuencia y longitud de
onda del frente de onda del que proceden [8] tal y como se muestra en la
figura 2.4
Figura 2.4 Diagrama del principio de Huygens.
Tomado de: Física Conceptual Paul G. Hewitt pag 564.[9]
La zona de Fresnel se encuentra formada por una serie de regiones
que
rodean la trayectoria desde la antena transmisora hasta la receptora. Estas
regiones tienen la forma de un elipsoide y dentro de su volumen se encuentra
la potencia de la señal, por ejemplo el primer elipsoide se conoce como la
primera zona de Fresnel y esta contiene la mayor parte de la potencia de la
señal que logra alcanzar a la antena receptora.
13
La relación matemática que permite el cálculo de los radios de la zona de
Fresnel se puede deducir mediante la siguiente ecuación:
𝑛𝑛𝐷𝐷1 𝐷𝐷2
𝑅𝑅𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹 = 17.5�
Donde:
(2.16)
𝑓𝑓𝑓𝑓
𝑛𝑛 = 𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹 1,2,3,4 … . . 𝑛𝑛
𝐷𝐷1 = 𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷 𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑒𝑒𝑒𝑒 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡(𝐾𝐾𝐾𝐾)
𝐷𝐷2 = 𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷 𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑒𝑒𝑒𝑒 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟(𝐾𝐾𝐾𝐾)
𝐷𝐷 = 𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 𝑒𝑒𝑒𝑒 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 𝑦𝑦 𝑒𝑒𝑒𝑒 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡 (𝐾𝐾𝐾𝐾)
𝑓𝑓 = 𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹 (𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺)
Figura 2.5 Diagrama de la zona de Fresnel.
Tomado de: Diseño de radioenlaces [10].
Cuando se diseña un enlace inalámbrico se busca siempre que el primer radio
de la zona de Fresnel se encuentre libre de obstáculos en al menos un 60%, ya
que al garantizar esto se puede decir que existe línea vista entre el transmisor y
el receptor y por ende este ultimo recibirá más de la mitad de la potencia
transmitida [11]. Cuando se realizan enlaces a distancias considerables es
importante tomar encuentra la curvatura de la superficie terrestre con el fin de
aproximar de una mejor manera la apertura del radio de la zona de Fresnel.
14
En la figura 2.6 se muestra la colocación de una pantalla imaginaria interpuesta
entre el transmisor y el receptor sobre la cual se dibujan las diferentes
intersecciones que se producen con los elipsoides que conforman los radios de
la zona de Fresnel.
Figura 2.6 Distribución de los diferentes radios de la zona de Fresnel.
Tomado de: Zona de Fresnel [12].
2.2.4 Modulación digital OFDM.
La multiplexación por división de frecuencia ortogonal OFDM por sus siglas en
ingles, es un tipo de modulación digital que consiste en enviar una serie de
portadoras a diferentes frecuencias y ortogonales entre si, donde cada una de
estas transporta información modulada en QAM o PSK. La modulación OFDM
es considerada como una tecnología hibrida entre la modulación de
muti-portadora MCM y la modulación por desplazamiento de frecuencia FSK.
15
Figura 2.7 Sub-portadoras OFDM en el dominio de la frecuencia.
Tomado de: OFDM wireless LAN Juha Heiskala, John Terry [7].
La modulación OFDM es una técnica que permite lograr transmitir datos a
altas velocidades, además que permite combatir los efectos del multi-trayecto
así como las interferencias por radio frecuencia.
Dentro de las principales ventajas que presenta la modulación digital OFDM se
encuentra el hecho de utilizar canales ortogonales entre sí para enviar la
información, por lo cual se elimina la necesidad de emplear una banda guardia
para la separación de los canales por lo que el uso del espectro
electromagnético es más eficiente. En muchas ocasiones a la modulación
OFDM se le conoce como multi-portadora o modulación discreta de multi-tono.
16
2.2.5 Polarización de la onda electromagnética.
La polarización de una onda electromagnética consiste en la variación de la
orientación del campo eléctrico el cual varía en función del tiempo alrededor del
plano de polarización. De acuerdo a la manera en la que varía la intensidad del
campo eléctrico en función del tiempo y de la forma en que se orienta sobre el
plano de polarización existen varios tipos de polarización dentro de los que se
encuentran:
Polarización Lineal: Esta se establece cuando la componente del campo
eléctrico E tiene una orientación recta y fija la cual se mantiene así ante
cualquier variación en la posición y el tiempo, además del hecho de que no
existe un desfase entre las componentes E x y E Y que conforman el campo
eléctrico.
Polarización Circular: se crea cuando existe un ángulo de desfase entre las
componentes del campo eléctrico E x y E Y que sea exactamente θ = ±π/2.
Polarización Elíptica: en este tipo de polarización se crea cuando existe una
diferencia de magnitud y de fase entre las componentes del campo eléctrico E x
y EY.
La
relación
matemática
que
muestra
la
polarización
de
una
onda
electromagnética en cualquier momento y propagándose en la dirección del eje
z+ viene dada por:
𝐸𝐸(𝑧𝑧,𝑡𝑡) = 𝐸𝐸𝑥𝑥 cos(𝜔𝜔𝜔𝜔 − 𝛽𝛽𝛽𝛽)𝑎𝑎𝑥𝑥 + 𝐸𝐸𝑥𝑥 cos(𝜔𝜔𝜔𝜔 − 𝛽𝛽𝛽𝛽 + ∅)𝑎𝑎𝑦𝑦
[13]
(2.17)
Donde:
𝐸𝐸𝑥𝑥 , 𝐸𝐸𝑦𝑦 = 𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 𝑒𝑒𝑒𝑒é𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐.
𝜔𝜔 = 𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣 𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎.
∅ = 𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 𝐸𝐸𝑥𝑥 𝑦𝑦 𝐸𝐸𝑦𝑦 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 𝑒𝑒𝑒𝑒é𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐.
𝛽𝛽 = 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓.
17
Figura 2.8 Diagrama fasorial del campo eléctrico.
Realizado en: Microsoft Paint.
2.2.6 Patrón de radiación.
El patrón de radiación también conocido como diagrama de radiación consiste
en una gráfica que sirve para representar las intensidades de los campos o las
densidades de potencia en varias posiciones angulares en relación con la
posición de una antena.
Figura 2.9 Patrón de radiación de una antena sectorial.
Tomado de: Antenas [15].
Existen dos maneras de representar un patrón de radiación dentro de las
cuales se encuentran:
Patrón de radiación absoluto: consiste en el trazado de la intensidad del campo
eléctrico o de la densidad de potencia de la antena.
Patrón de radiación relativo: consiste en el trazado de la intensidad del campo
eléctrico o de la densidad de potencia de la antena en un punto específico.
18
2.2.7 Radio efectivo de la tierra.
Cuando se realizan enlaces de largas distancias, es muy importante analizar y
tomar en cuenta el radio efectivo de la tierra; esto debido al hecho que cuando
los enlaces establecidos poseen varios kilómetros de distancia entre los puntos
de conexión, la línea vista entre ambos puede verse comprometida debido al
efecto que produce la atmosfera en la onda radioeléctrica la cual sufre una
curvatura en su trayecto desde el emisor hasta el receptor. Este efecto a largas
distancias provoca una degradación en la línea vista entre ambos puntos.
El radio efectivo de la tierra depende de la región geográfica de estudio, sin
embargo cuando no se posee la información necesaria para su cálculo, es
recomendado realizar aproximaciones de la misma en este caso para nuestro
país se puede utilizar el valor de K= 4/3 el cual es el valor recomendado por la
UIT para climas tropicales [11]. El valor del factor de radio ficticio de la tierra
para una región específica puede calculare mediante la ecuación:
𝐾𝐾 =
1
1+𝑅𝑅0 .
𝛿𝛿𝛿𝛿
𝛿𝛿ℎ
(2.18)
Donde:
𝐾𝐾 = 𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓.
𝑅𝑅0 = 𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑙𝑙𝑙𝑙 𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇 (6370𝐾𝐾𝐾𝐾).
𝛿𝛿𝛿𝛿
𝛿𝛿ℎ
= 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟ó𝑛𝑛 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑙𝑙𝑙𝑙 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟ó𝑛𝑛.
Una vez que se posee el valor de K para la región en estudio, el radio efectivo
de la tierra puede calcularse mediante la ecuación:
𝑅𝑅𝐸𝐸 = 𝑅𝑅0 . 𝐾𝐾
(2.19)
Donde:
𝑅𝑅𝐸𝐸 = 𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑙𝑙𝑙𝑙 𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇.
𝑅𝑅0 = 𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑙𝑙𝑙𝑙 𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇 (6370𝐾𝐾𝐾𝐾).
𝐾𝐾 = 𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓.
19
Figura 2.10 Curvatura de la señal transmitida debido al factor de radio ficticio K.
Tomado de: Propagación y campo recibido [11].
2.2.8 Curvatura de la Tierra.
La curvatura de la Tierra C es una relación matemática que es empleada con el
fin de determinar la altura real de un objeto que interfiere con la trayectoria de
la señal [11]. La curvatura o protuberancia de la Tierra puede calcularse
mediante la siguiente ecuación:
𝐶𝐶 =
4∙𝐷𝐷1 ∙𝐷𝐷2
51∙𝐾𝐾
(2.20)
Donde:
𝐷𝐷1 = 𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑒𝑒𝑒𝑒 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡 ℎ𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑒𝑒𝑒𝑒 𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑎𝑎𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 (𝐾𝐾𝐾𝐾).
𝐷𝐷2 = 𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑒𝑒𝑒𝑒 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 ℎ𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑒𝑒𝑒𝑒 𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑎𝑎𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 (𝐾𝐾𝐾𝐾).
𝐾𝐾 = 𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓.
20
Figura 2.11 Efecto de la curvatura de la Tierra sobre el cálculo de los niveles de elevación del
terreno.
Tomado de: Propagación y campo recibido [11].
En la figura 2.11 se muestra como la curvatura de la Tierra ejerce efecto sobre
el cálculo de las alturas relativas del terreno, ya que por ejemplo la altura del
obstáculo entre las antenas (h a y h b ) sin tomar en cuenta la curvatura de la
tierra seria H mientras que tomando en cuenta el efecto de la misma la altura
real del obstáculo vendría dada por H+C.
2.2.9 Cálculo de la altura de las antenas.
El cálculo de la altura de la antena es un aspecto importante en el desarrollo de
radioenlaces debido a que una buena escogencia de la misma garantiza que
los enlaces cuenten con la suficiente liberación del radio de Fresnel
permitiendo que los sitios puedan comunicarse entre sí. Para el cálculo de las
alturas de las antenas se emplea la figura 2.11, donde una de las variables más
importantes en las cuales se debe pensar es el valor de liberación D el cual
para enlaces inalámbricos debe cumplirse que este sea como mínimo del 60%
de la primera zona de Fresnel.
21
Según la figura 2.11 el cálculo de la altura de las antenas para los casos más
críticos según el criterio de la UIT [11] se debe emplear los siguientes criterios:
𝐷𝐷 = 1 ∙ 𝐹𝐹1 𝑦𝑦 𝐾𝐾 = 4�3
𝐷𝐷 = 0,6 ∙ 𝐹𝐹1 𝑦𝑦 𝐾𝐾 = 0,8
El cálculo de las alturas de las antenas h a y h b de la figura 2.11 se pueden
determinar por medio de las siguientes relaciones matemáticas:
𝐻𝐻1 = 𝐻𝐻𝑎𝑎 + ℎ𝑎𝑎
(2.21)
𝐻𝐻3 = 𝐻𝐻 + 𝐶𝐶 + 𝐷𝐷
(2.23)
𝐻𝐻2 = 𝐻𝐻𝑏𝑏 + ℎ𝑏𝑏
(2.22)
𝑑𝑑1 𝑦𝑦 𝑑𝑑2 = 𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 𝐴𝐴 𝑦𝑦 𝐵𝐵 𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜.
Finalmente la ecuación que permite el cálculo de las alturas de las antenas h a y
h b viene dada por:
(𝐻𝐻3 − 𝐻𝐻1 ) ∙ 𝑑𝑑2 = (𝐻𝐻2 − 𝐻𝐻3 ) ∙ 𝑑𝑑1
(2.24)
22
Capitulo 3
Procedimiento Metodológico.
3.1 Reconocimiento y definición del problema.
La situación delictiva que está viviendo en estos momentos el país, ha
generando que las torres celulares que posee el Instituto Costarricense de
Electricidad sean víctimas de diferentes actos delictivos tales como el robo de
cable y del equipo electrónico que se encuentra presente en estas
instalaciones.
Actualmente el I.C.E se encuentra desarrollando una serie de medidas que
permitan disminuir la incidencia de este tipo de acciones y el impacto que
poseen sobre las finanzas de la institución así como en la prestación de los
servicios de telefonía celular que brinda el Instituto Costarricense de
Electricidad a sus diferentes clientes. Tales medidas surgen como refuerzo a la
seguridad que actualmente protege estos sitios y se ha demostrado que no es
suficiente, dentro de las nuevas medidas se encuentra la colocación de
alarmas, controles de acceso así como cámaras de vigilancia. Es por esto que
el Instituto Costarricense de Electricidad requiere de un estudio de factibilidad
técnica para determinar si es viable el diseño de una red inalámbrica que le
permita al departamento de Seguridad Electrónica la comunicación con las
diferentes torres celulares, esto con el fin de poder acceder a la información de
datos y video provenientes de los diferentes sistemas que se pretenden colocar
en un futuro en estos sitios.
En conclusión el sector de telecomunicaciones del Instituto Costarricense de
Electricidad presenta un problema debido a la separación entre el
departamento de Protección Institucional en este caso la Sección de Seguridad
Electrónica y las radiobases celulares, lo cual provoca que esta sección ignore
el estado en el que se encuentran las radio bases así como también que
personas son las que acceden a estos sitios.
23
3.2 Obtención y análisis de información.
3.2.1 Entrevista al personal encargado de la seguridad de las radiobases.
El diseño de la red inalámbrica del I.C.E es un proyecto que se planeo para una
implementación futura, por lo cual se debe tener conocimiento de las ideas que
el Departamento de Seguridad Institucional en este caso en particular la
sección de Seguridad Electrónica se encuentra evaluando como medidas para
la prevención de los robos sufridos en las radiobases, esto con el fin de poder
tener un conocimiento de los equipos utilizados para el control de acceso, los
tipos de alarmas y el numero de cámaras que se estarían planeando colocar en
el futuro por sitio.
El conocimiento de los equipos a instalar es de suma importancia ya que
permite poseer una idea del ancho de banda mínimo que la red debe mantener
disponible en función de la cantidad y el tipo de información que circulará por
ella, para así poder garantizar que el rendimiento de la red sea el más eficiente
para las funciones que se desean desarrollar en la misma.
3.2.2 Investigación del aspecto legal del proyecto.
Para la investigación de los diferentes componentes legales que posee el
proyecto se efectuó un análisis de la legislación nacional existente y que pueda
ser aplicada para este proyecto, esto con el fin de poder poseer conocimiento
de las diferentes limitaciones que se pueden presentar en cuanto a las
frecuencias a emplear, así como también la potencia de transmisión permitida
por nuestra legislación.
Para esto se analizó en especial el Plan Nacional de Atribuciones de Bandas
de Frecuencias Radioeléctricas [17] así como también la Ley General de
Telecomunicaciones [18].
24
3.2.3 Determinación de la topología para enlazar las diferentes radiobases.
Se emplearón las coordenadas geográficas de las distribuciones de las
radiobases celulares que posee la División de Servicios Infraestructura Civil y
Electromecánica del I.C.E así como los posibles mapas de los enlaces de
microondas que interconectan las diferentes radiobases que posee la sección
de Radio y Celular del I.C.E, con el propósito de poder generar una idea más
clara de la distribución de los sitios a enlazar, esto permitió que se pueda
realizar un primer diseño de la manera en la cual se puede generar una
distribución de las radiobases que funcionarán como puerta de enlace
(Gateway) así como las de estaciones repetidoras con el fin de poder crear una
área de cobertura que sea capaz de incorporar la mayor cantidad de
radiobases posibles.
3.2.4 Diseño de enlaces entre las diversas radiobases.
En este caso se hizo referencia a la demostración mediante modelos
matemáticos que los diversos enlaces que se establecieron entre las
radiobases celulares de la región de Guanacaste son factibles para su futura
implementación, para esto se realizó un análisis de los diversos factores que
pueden afectar la creación de los enlaces como son: la atenuación de la señal
debida a lluvias, propagación en el espacio libre, además de esto se
contemplará el balance de potencias de los enlaces, la línea vista entre
radiobases (LOS), radio de Fresnel así como el cálculo de las alturas al que
deben colocarse los equipo en las antenas.
Para este punto también se contó con la simulación de los radioenlaces por
medio de RadioMobile el cual es un software de uso libre y que permite evaluar
el desempeño de enlaces de tipo WLAN así como WMAN para exteriores en
los rangos de frecuencias de 20MHz a 20GHz bajo un método denominado
Modelo del Terreno Irregular (ITM) [32] mediante cartas topográficas SRTM
(Shuttle Radar Topography Mission) [33].
25
3.2.5 Análisis de las principales tecnologías inalámbricas disponibles en el
mercado.
Una vez que se tuvo un conocimiento de la distribución de las radiobases
celulares, en especial la distancia de separación que existe entre cada una de
ellas así como cuales de estas poseen la posibilidad de acceso a la red
institucional se puede iniciar el proceso de análisis de las diferentes tecnologías
presentes en el mercado con el fin de poder escoger cuál de estas se adapta
de una mejor manera a los requerimientos del proyecto ya sea para los enlaces
Punto a Multipunto así como a los enlaces Punto a Punto entre los diferentes
sitios para esto se empleará un análisis de costo-beneficio.
3.2.6 Desarrollo de la base de datos.
Se desarrolló una base de datos para el almacenamiento de la información
referente a la localización, descripción y tipo de función que desempeña la
radiobase ya sea como nodo router, nodo cliente o repetidor, así como la
dirección IP que posee cada uno de los diferentes sitios.
Se planea que esta base de datos pueda ser visualizada y consultada a través
de la web, por los diferentes funcionarios del centro de monitoreo, también se
pretende introducir dentro de la pagina web un mapa de la región bajo estudio
en el cual se mostrará la localización de las diferentes radiobases.
3.3 Evaluación de alternativas y síntesis de la solución.
Debido a que los equipos que se seleccionen para este proyecto deben ser
capaces de desempeñarse en cualquier región del territorio nacional, se
procedió a realizar un análisis de la distribución de las diferentes radiobases
esto con el fin de poder conocer la sección en la cual las distancias de enlaces
son mayores por esto se procedió a escoger la región de Guanacaste como
punto de partida para el análisis de los diferentes equipos.
26
Inicialmente con la información brindada por la sección de División de Servicios
Infraestructura Civil y Electromecánica del I.C.E además de la distribución de
los enlaces de microonda que brindo la sección de Radio y Celular, se procedió
a localizar por medio del software RadioMobile en el mapa de la región de
Guanacaste las diferentes radiobases celulares, esto con el fin de examinar la
distribución geográfica de las mismas y a partir de esta desarrollar la topología
más optima para la región. Dado que los únicos puntos donde existe presencia
de la red interna del Instituto Costarricense de Electricidad se encuentra en las
agencias telefónicas se decidió realizar un análisis de la factibilidad de realizar
enlaces entre las mismas y las centrales telefónicas más cercanas.
3.3.1 Topologías de enlace analizadas.
3.3.1.1
Topología Mallada (Mesh).
Debido a que la topología que presenta la mejor opción en adaptación a
cambios es la red mallada se procedió a realizar un análisis de cobertura de los
equipo que presentan el mayor desempeño en este campo, en la tabla 2 se
muestran los datos de simulación empleados en el software RadioMobile para
la obtención de la cobertura brindada por estos equipo, es importante recalcar
que esta cobertura es aproximada debido a que en la simulación no se está
tomando en cuenta la existencia de obstáculos como árboles y edificaciones
que pueden encontrarse presentes en la zona de estudio.
Tabla 1.Condiciones de simulación para los equipos NetKrom y SkyPilot.
Equipo
Fabricante
Rango de
Frecuencias
(GHz)
Potencia de
Transmisión
(dBm)
Ganancia de
la antena
(dBi)
ISP-BS500AH
NetKrom
5.150-5.850
24
17
SkyGateway
Skypilot
4.940-5.850
21
17
27
En la figura 3.1 se muestra el resultado de la zona de cobertura que se puede
obtener al emplear equipos tanto Skypilot como NetKrom.
Figura 3.1 Cobertura brindada por los equipos de la tabla 2.
Realizado en: RadioMobile 10.0.9 y GoogleEarth Pro.
Como se puede observar en la figura anterior el radio de cobertura brindado
por los equipos SkyPilot se muestra como las regiones de color verde
encerradas por un anillo de color negro mientras que la de los equipos
NetKrom se muestra en color verde, tal y como se puede notar el desarrollo de
una topología en malla aunque es posible no es el más recomendable debido a
que no se estaría empleando todos los beneficios que posee este tipo de
topología tal y como es el caso de la posibilidad de poseer enlaces
redundantes entre los diversos nodos que conforman la red, en este caso los
equipos únicamente pueden enlazarse mediante una única ruta con otro de los
nodos de la red, tal y como se muestra con la forma en la que se encuentran
distribuidos los anillos de radiación de los equipos SkyPilot ya que muestran de
manera más clara que la central telefónica 50301-01 únicamente puede
alcanzar la central telefónica 50101-01 mediante el nodo 50504-01. Otro de los
aspectos importantes radica en el hecho de que los equipos analizados
28
emplean el rango de frecuencias de 5GHz tanto para la capa de acceso así
como para la capa de distribución por lo cual el ancho de banda disponible
disminuye drásticamente.
3.3.1.2
Topología Punto a Punto.
La segunda alternativa planteada para interconectar las diferentes radiobases
celulares a la red interna del I.C.E, fue mediante el empleo de enlaces punto a
punto entre los diferentes sitios sin embargo este tipo de topología presenta
como limitante el hecho de que cuando uno de estos enlaces falla, muchos de
los sitios que dependen de este enlace se quedarán sin comunicación por lo
cual el porcentaje de disponibilidad de la red empleando este tipo de topología
no es muy bueno y dado el hecho de que la red se desarrollará como un medio
de transporte de la información proveniente de los diversos dispositivos de
seguridad se necesita que la disponibilidad de la red sea muy alta.
Otro aspecto a tomar en cuenta es que empleando enlaces punto a punto la
cantidad de equipo que se debe colocar en los monopolos de las radiobases
generan un aumento extra de peso además de esto se presenta el problema de
la disponibilidad del espacio en el monopolo debido a que se requiere de
permisos para la asignación del mismo esto genera la posibilidad de que no
exista espacio disponible a la altura requerida para cada uno de los equipos.
Por último y tal vez el aspecto más importante y que afecta de manera negativa
el empleo de este tipo de topología es el hecho de que la red no sería
escalable debido a que por cada nuevo enlace que se necesite realizar se
deberá colocar un nuevo equipo en el monopolo de cada una de las
radiobases.
29
Figura 3.2.Topología punto a punto propuesta para la región de Guanacaste.
Realizado en: RadioMobile 10.0.9 y GoogleEarth Pro.
3.3.1.3
Enlaces Punto a Multipunto.
Como tercera alternativa se desarrollo una topología de enlace punto a
multipunto como la que se muestra en la figura 3.3, la cual corresponde a la
manera en la que se podrían enlazar los diferentes sitios de una manera más
escalable y de menor gasto económico.
30
Figura 3.3.Topología punto a multipunto propuesta como ejemplo en la región de Cartago.
Realizado en: RadioMobile 10.0.9 y GoogleEarth Pro.
Una de las principales ventajas de este tipo de topología es que permite
concentrar en un único punto una gran cantidad de equipos suscriptores, lo
cual genera que la posibilidad de falla de un equipo no afecte el desempeño de
los otros. Uno de los aspectos más importantes de este tipo de topología es la
escalabilidad de la red, ya que si se necesitará realizar un nuevo enlace
únicamente es necesario la colocación de un equipo suscriptor en el nuevo sitio
lo cual permite maximizar el espacio disponible en los mástiles de las
radiobases celulares. Además de esto el costo económico de esta topología es
menor ya que no se requiere que todos los equipos tengan un gran ancho de
banda debido a que los equipos realizan un enlace dedicado con la unidad
central por lo cual el enlace es utilizado para enviar la información únicamente
de los equipos instalados en el sitio, además de lo anterior este tipo de
topología permite que sea aplicable en cualquier sitio del país tal y como se
muestra en el ejemplo de la figura 3.3 en el cual la topología multipunto
empleada en la región de Guanacaste también puede desarrollarse en las
radiobases de la provincia de Cartago.
31
Sin embargo una de las principales dificultades de este tipo de topología radica
en el hecho de que en los puntos donde se concentrarán los enlaces deben ser
un punto de presencia (POP) de la red interna del Instituto Costarricense de
Electricidad con el fin de que los datos enviados a este punto puedan ser
redirigidos al centro de monitoreo. Esto reduce el número de sitios que pueden
emplearse como estaciones base debido a que como se mencionó
anteriormente la cantidad de radiobases que se encuentran en sitios con
acceso a la red interna del I.C.E es mínimo.
32
Capitulo 4
4.1
Descripción detallada de la solución.
Ancho de Banda Digital Requerido por los Equipos.
Uno de los aspectos más críticos en el diseño del proyecto consiste en poder
garantizar que el ancho de banda disponible por enlace se ajuste a los
requerimientos establecidos por la sección de Seguridad Electrónica, esto es
muy importante debido al enfoque del proyecto ya que al tratarse de la
seguridad de las radiobases se debe garantizar que el ancho de banda
disponible sea el necesario para poder tener acceso a las cámaras colocadas
en las radiobases así como a los diversos sistemas de seguridad que se
instalarán.
Es por esto que se elaboró un análisis de los diversos anchos de banda que se
requerirán tomando en cuenta diferentes resoluciones, cuadros por segundo y
formatos de compresión de imágenes que podrían emplearse en las cámaras.
Debido a que se colocará un máximo de cuatro cámaras IP por sitio, se
empleará esto como criterio de diseño, con el fin de que cada enlace este en la
capacidad de soportar este numero de cámaras, en cuanto al tráfico de datos
este es de un bajo volumen por lo cual se le puede asignar 512Kbs extra al
ancho de banda requerido para la transmisión de las imágenes.
Tomando en cuenta las diferentes resoluciones de video que la sección de
Seguridad Electrónica se encuentra evaluando para el uso en las cámaras se
procedió a realizar el cálculo del ancho de banda para esto se empleó la
siguiente formula.
𝐵𝐵𝐵𝐵 = 𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇ñ𝑜𝑜 𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼 ∗ #𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠 ∗ #𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶
(4.25)
Donde:
𝐵𝐵𝐵𝐵 = 𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴ℎ𝑜𝑜 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵
El tamaño de la imagen se calcula mediante la siguiente fórmula:
𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏
𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇ñ𝑜𝑜 𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼 = 𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅 (𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝) ∗ 𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅 𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 �𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 �
(4.26)
33
Tomando en cuenta estas ecuaciones se procedió a realizar el cálculo del
ancho de banda requerido para una imagen con una resolución de 8 bits por
pixel, los resultados obtenidos se muestran en la siguiente tabla.
Tabla 2. Ancho de banda requerido por cámara.
Resolución (Pixeles)
Tamaño imagen (KB)
Cuadros por segundo
352x240
82,5
7
15
Ancho de banda
(Mbps)
4,73
10,13
704x576
396
7
15
22,7
48,66
Ancho de banda requerido (Mbs)
Ancho de banda
50
40
352x240 @ 7fps
704x576 @ 7fps
30
704x576 @ 15fps
20
352x240 @ 15fps
10
0
Resolución de la imagen
Figura 4.1. Ancho de banda requerido por las cámaras basado en la tabla 3.
Realizado en: Microsoft Office Excel 2007.
Como se puede observar en el gráfico de la figura 4.1 se nota que el ancho de
banda mínimo sin compresión se obtiene para una resolución de 352X240
pixeles y a una secuencia de siete cuadros por segundo para el cual se
estarían necesitando alrededor de 5Mbs por cámara, por lo que al escalar este
valor al número máximo de cámaras a emplear, se puede notar que se
requieren de alrededor de 20Mbs por enlace lo cual es muy elevado, es por
esto que se recurrió a realizar una serie de cálculos tomando en cuenta los
34
diferentes métodos de compresión de imágenes que existen en el mercado con
el fin de lograr obtener la mejor resolución posible para el máximo número de
cámaras y con el menor consumo de ancho de banda para esto también se
empleó el software IP Camera [19] el cual es un programa especializado para
el diseño de circuitos cerrados de televisión (CCTV), en la tabla 4 se muestran
los resultados obtenidos al analizar los principales formatos de compresión de
imágenes.
Tabla 3. Ancho de banda requerido por las 4 cámaras para una resolución de 352x240 pixeles.
Formato de
Compresión
Resolución
(Pixeles)
Tamaño imagen
(KB)
Cuadros por
segundo
Ancho de
banda (Mbs)
H.264
352x240
1
7
0,2187
MJPG-1
352x240
23
7
5,0312
MJPG-20
352x240
10
7
2,1875
MPEG4
352x240
3
7
0,6562
Ancho de banda requerido (Mbs)
Ancho de banda vs Compresión
6
5
H.264-20
4
MJPG-1
3
MJPG-20
2
MPEG4-20
1
0
Tipo de compresión
Figura 4.2. Ancho de banda requerido por las cámaras basado en la tabla 4.
Realizado en: Microsoft Office Excel 2007.
En la figura 4.2 se muestra el consumo del ancho de banda de las cuatro
cámaras en función del tipo de compresión, en este caso podemos observar
que el menor consumo de ancho de banda para una resolución de 352x240
35
pixeles se obtiene para el formato de compresión de H.264 con la cual se
necesita un enlace de aproximadamente 300Kbps, mientras que en el caso del
formato de compresión MPEG4 se requieren de aproximadamente 700Kbps, se
analizarán principalmente estos dos tipos de formatos debido a que es el que
emplean la mayor parte de los equipos de vigilancia que utiliza el I.C.E sin
embargo también se analizan los formatos de compresión MJPG con el fin de
poder tener una idea del ancho de banda que se requieren los equipos que
trabajan bajo estos formatos de compresión.
Tabla 4. Ancho de banda requerido por las 4 cámaras para una resolución de 704x576 pixeles.
Formato de
Compresión
Resolución
(Pixeles)
Tamaño imagen
(KB)
Cuadros por
segundo
Ancho de banda
(Mbps)
H.264
704x576
5
7
1,0937
MJPG-1
704x576
112
7
24,5
MJPG-20
704x576
50
7
10,9375
MPEG4
704x576
13
7
2,8437
Ancho de banda vs Compresión
Ancho de banda requerido (Mbs)
25
20
H.264-20
MJPG-1
15
MJPG-20
10
MPEG4-20
5
0
Tipo de compresión
Figura 4.3.Ancho de banda requerido por las cámaras basado en la tabla 5.
Realizado en: Microsoft Office Excel 2007.
36
Al aumentar el tamaño de la resolución de la imagen transmitida por las
cámaras el ancho de banda que se requiere para su transmisión aumenta, esto
se puede observar tanto en la tabla 5 así como en la figura 4.3 en la cual se
puede notar que al aumentar la resolución de 352x240 a 704x576 pixeles se
incrementa el ancho de banda requerido, analizando cada uno de los
resultados obtenidos se puede notar que en el caso de la utilización de la
compresión H.264 el ancho de banda requerido para las cuatro cámaras pasa
de 300Kbps a 1Mbs aproximadamente, así también en el caso de la
compresión MPEG4 el ancho de banda paso de 700Kbps a 2,9Mbs lo cual es
un aumento considerable del ancho de banda.
Como se puede observar al comparar las figuras 4.3 y 4.4 un aumento en la
resolución afecta proporcionalmente el ancho de banda requerido, por lo cual
se planteó buscar la mejor opción en cuanto a desempeño y calidad por lo que
se analizará al igual que en los casos anteriores las resoluciones de 352x240
así como la de 704x576 pixeles, pero a una frecuencia mayor de cuadros por
segundo esto con el fin de que las imágenes que lleguen al centro de
monitoreo sean lo más claras y fluidas posibles.
Tabla 5. Ancho de banda requerido para una resolución de 352x240 pixeles y 15 cuadros por
segundo.
Formato de
Compresión
Resolución
(Pixeles)
Tamaño imagen
(KB)
Cuadros por
segundo
Ancho de banda
(Mbps)
H.264
352x240
1
15
0,4687
MJPG-1
352x240
23
15
10,7812
MJPG-20
352x240
10
15
4,6875
MPEG4
352x240
2
15
0,9375
37
Ancho de banda requerido (Mbs)
Ancho de banda vs Compresion
12
10
H.264-20
8
MJPG-1
6
MJPG-20
4
MPEG4-20
2
0
Tipo de compresion
Figura 4.4. Ancho de banda requerido por las cámaras basado en la tabla 6.
Realizado en: Microsoft Office Excel 2007.
Tabla 6. Ancho de banda requerido para una resolución de 704x576 pixeles y 15 cuadros por
segundo.
Formato de
Compresión
Resolución
(Pixeles)
Tamaño imagen
(KB)
Cuadros por
segundo
Ancho de banda
(Mbps)
H.264
704x576
5
15
1,875
MJPG-1
704x576
112
15
52,5
MJPG-20
704x576
50
15
23,4375
MPEG4
704x576
13
15
5,625
38
Ancho de banda requerido (Mbs)
Ancho de banda vs Compresion
60
50
H.264-20
40
MJPG-1
30
MJPG-20
20
MPEG4-20
10
0
Tipo de compresion
Figura 4.5. Ancho de banda requerido por las cámaras basado en la tabla 7.
Realizado en: Microsoft Office Excel 2007.
Como se puede observar al realizar un análisis de los diferentes anchos de
banda obtenidos para las diversas combinaciones de resoluciones y la cantidad
de cuadros por segundo se observó que los dos formatos de compresión que
mejor se ajustan a los requerimientos anteriormente mencionados de poder
obtener la mejor resolución en las cámaras con el menor ancho de banda
posible fueron el H.264 así como el MPEG4.
En base a los resultado obtenidos se pude observar que cuando las cuatro
cámaras IP están trabajando a una resolución de 704x576 pixeles y una tasa
de 15 cuadros por segundo bajo el formato de compresión H.264 se requiere
de una ancho de banda estimado de 1,875Mbps mientras que si bajo este
mismo escenario se emplea el formato de compresión MPEG4 el ancho de
banda requerido que se estimó es de aproximadamente 5,625Mbps.
Al obtener los valores aproximados de los anchos de banda que se requerirán
por cada enlace, se puede emplear esta información como base para la
escogencia de los equipos así como para el diseño de los enlaces.
39
4.2
Análisis legal del proyecto.
En este caso se realizó una investigación de la legislación nacional vigente que
hace referencia al área de las telecomunicaciones y que pudiera ser tomada en
cuenta como referencia para el desarrollo del proyecto, en este caso en
particular se analizó el reglamento a la Ley General de Telecomunicaciones
[18] así como el Plan Nacional de Distribución de Frecuencias Radioeléctricas
[17].
El aspecto más importante que se tomó en cuenta durante el estudio de los
diferentes artículos que constituyen las leyes anteriormente mencionadas se
encuentra la definición por parte del Estado de lo que es considerado como
banda de uso libre con el fin conocer cuales frecuencias son consideradas
pertenecientes a este rango, además de esto se buscó la definición de las
especificaciones técnicas de los equipos que son permitidos en bandas de uso
libre en caso muy particular la potencia de transmisión.
De acuerdo a los análisis realizados, y de acuerdo a la Ley General de
Telecomunicaciones en el artículo 12 se establece que los equipos empleados
bajo el formato de banda libre no deben provocar efectos perjudiciales a otros
equipos que trabajen bajo bandas licenciadas, ya que de lo contrario se
establecerán sanciones a la institución. El Plan Nacional de Atribución de
Frecuencias Radioeléctricas
en el Adendum VI define lo que el Estado
Costarricense reconoce como las frecuencias de la banda de uso libre la
porción del espectro radioeléctrico conformado por los rangos de frecuencia:
2400 a 2483, 5150-5250, 5250-5350, 5470-5725 y 5725-5825 MHz además de
esto se establecen las especificaciones técnicas de los equipos permitidos para
trabajar bajo este rango de frecuencias.
En cuanto a las especificaciones técnicas de los equipos que son permitidos
por ley para el uso en la banda de uso libre se establece una potencia máxima
de transmisión de varía según el rango de frecuencia empleado, ya que para la
banda de 2400 a 2438 MHz se establece que la potencia máxima de
40
transmisión es de 1W, mientras que el caso de la banda de frecuencias de
5150 a 5825 MHZ la potencia máxima de transmisión es de 350mW.
Dentro de las ventajas que presenta el uso de este tipo de frecuencias se
encuentra el hecho de que no se requieren permisos o concesiones para el uso
de la banda, sin embargo al ser frecuencias donde se comparte la misma
porción del espectro electromagnético se pueden producir un sin número de
interferencias debido a otros usuarios así como por equipos que trabajen bajo
frecuencias licenciadas.
Como contraparte de las frecuencias de uso libre se encuentran las frecuencias
que trabajan bajo el régimen de banda licenciada, esta banda presenta una
importante ventaja respecto a las primeras ya que al ser concesionada no se
permite que otros equipos puedan transmitir dentro de esta porción del
espectro, lo cual minimiza las interferencias perjudiciales. Sin embargo como
aspecto negativo se encuentra el hecho que la concesión de las frecuencias
licenciadas requiere de un desembolso económico así como que las
frecuencias se encuentren disponibles para lo cual se deben hacer los trámites
de concesión ante la Rectoría de Telecomunicaciones del Ministerio De
Ambiente, Energía y Telecomunicaciones (MINAET).
4.3
Análisis de los equipos.
Dentro de las diferentes alternativas que se analizan como medio para poder
formular una solución se encuentra la creación de una red inalámbrica tipo
mallada (Mesh), así como una red de tipo punto multipunto mientras que en el
último caso se planteó realizarla por medio de enlaces dedicados punto a
punto.
Es por este motivo que se requirió el análisis de diferentes equipos que puedan
desempeñarse en alguno de estos casos, bajo frecuencias de uso libre por lo
cual se buscaron productos de diversos fabricantes de los cuales se analizaron
aspectos de costos y beneficios. Dentro de la gama de fabricantes y modelos
41
de equipos se examinó los equipos punto a punto, punto a multipunto así como
los equipos subcriptores (CPE).
4.3.1 Equipos Punto a Punto que operan bajo frecuencias no licenciadas.
Dentro de los diferentes equipos para radioenlaces que pueden operar bajo las
frecuencias no licenciadas, se encontraron una serie de 6 proveedores los
cuales se muestran en la tabla 8.
Tabla 7.Equipos Punto a Punto que operan bajo frecuencias no licenciadas.
Equipo
Fabricante
Rango de
Frecuencias
(GHz)
Ancho de
banda
(Mbps)
Distancia
de enlace
máxima
(Km)
8
Costo
económico
($)
Tsunami QB-8100 EPRUS
Proxim
4.9 - 6.0
100
Gi-LINX 5.8 58PLRI
Gi-LINX 5.8 58PLRC
GigaBeam
5.470 - 5.875
108
48
*
PTP 58500 lite
PTP 58300
PTP 58500 Full
Motorola
5.8
5.9
54
25
105
LOS 200,
nLOS 10
7,137.00
4,757.00
10,311.00
AI108-4958-O
Airaya
4.94 -5.86
108
50
2,740.00
Rocket M5 Airmax
Ubiquiti
5.470 - 5.825
54
*
234**
BreezeNet B10
BreezeNet B14
BreezeNet B28
BreezeNet B100
BreezeNet B300
Alvarion
5.150 - 5.850
10
14
35
70
100
50
2,699.00
* Depende de la antena empleada para realizar el enlace.
** Precio del radio RF, las antenas deben comprarse por separado.
Uno de los aspectos que se deben tomar en cuenta cuando se realizan
conexiones de enlaces punto a punto consiste en determinar el número de
enlaces que se pueden trabajar a diferentes frecuencias el cual viene
determinado por la siguiente relación:
42
#𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 =
Donde 𝑓𝑓𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠
𝑓𝑓𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠 − 𝑓𝑓𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖 − 5𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀
𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴ℎ𝑜𝑜 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐
hace referencia al límite superior del rango de frecuencias,
mientras que 𝑓𝑓𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖 se refiere al valor menor del rango de frecuencias en el
caso de la frecuencia de 5MHz se emplea como banda guarda con el fin de
evitar posibles traslapes de frecuencias con las bandas que se encuentren en
los limites superior e inferior, ya que esto podría generar problemas en la
calidad del nivel de señal del enlace.
En el caso de los datos mostrados en la tabla 8 se puede observar que existen
grandes diferencias entre todos los fabricantes tanto desde el ancho de banda
disponible para los enlaces así como también la distancia máxima que es
posible alcanzar con los equipos. Realizando un análisis al ancho de banda
disponible por cada uno de los equipos se muestra que tanto los equipos de los
fabricantes Airaya [34], Motorola [35], Alvarion [36] así como los de
GigaBeam [37] son los que poseen tasas de anchos de banda del rango de los
100Mbps, mientras que en cuanto a las distancias máximas de enlace se
puede ver que los equipos de las marca Motorola es el que presenta un mayor
rango de alcance ya que el modelo PTP 58500 Full puede alcanzar distancias
de 200Km bajo línea vista y 10Km con casi línea vista, lo cual permite realizar
enlaces en lugares donde no se posee una liberación del 100% de la primera
zona del radio de Fresnel. Sin embargo una de las mayores limitantes en este
caso radica en el hecho de que el precio por enlace es muy elevado ya que
este se aproxima a los $10,311.00 lo cual provoca que al pensar en la
utilización de estos equipos a nivel nacional el costo total del proyecto serie
muy elevado ya que actualmente y según los datos provistos por la sección de
Radio del Instituto Costarricense de Electricidad el número de radiobases
construidas hasta el momento es de 483 sitios.
43
4.3.2 Equipos Punto a Multipunto que operan bajo frecuencias no licenciadas.
Las tecnologías de enlace punto a multipunto es aquella donde se emplean
equipos centrales denominados estaciones bases donde se encuentra el punto
de presencia de la red (conocido como POP Point of Presence por sus siglas
en inglés), el acceso a la red se da por medio de los sistemas clientes o
suscriptores (denominados CPE Customer Premises Equipment por sus siglas
en inglés), dentro de los diferentes equipos para radioenlaces que pueden
operar bajo las frecuencias no licenciadas, se encontraron una serie de
proveedores los cuales se muestran en la tabla 9.
Tabla 8.Equipos Punto a Multipunto que operan bajo frecuencias no licenciadas.
Equipo
Fabricante
Rango de
Frecuencias
(GHz)
Ancho de
banda
(Mbps)
Distancia
de enlace
máxima
(Km)
**
**
Costo
económico
($)
MeshMax5054
Tsunami MP-8100
Proxim
5.15-6.08
4.9 - 6.0
54
300/ 54*
Gi-LINX 5.8 58MLRI
Gi-LINX 5.8 58MLRC
GigaBeam
5.470 - 5.875
108
15
**
PMP 100 5700AP
PMP 400
Motorola
5.8
14
20
3,2
ISP-BS500AH
NetKrom
5.150 - 5.850
54
**
Rocket M5 Airmax
Ubiquiti
5.470 - 5.825
54
**
BreezeAccess VL
Alvarion
5.150 - 5.850
54
50
SkyGateway
SkyExtender
Skypilot
4.940 - 5.850
20(UDP)
12(TCP)
16
4,799.00
Access5830
AccessPoint
Trango
Systems
5.725 - 5850
10
28
783
3,099.99
234***
* Dependiente de la modulación empleada MCS 300Mbps y 64-QAM 54Mbps.
** Dependiente de la antena empleada
*** Precio del radio RF, las antenas deben comprarse por separado.
44
Dado que los equipos de CPE de una red punto a multipunto definen en gran
parte la cobertura de la red, se procedió a realizar una comparación de los
diferentes equipos suscriptores que emplean las tecnologías analizadas en la
tabla 9, de la cual se desprendió la siguiente información la cual se muestra en
la tabla 10
Tabla 9. Comparación entre los diferentes equipos suscriptores.
Equipo
Fabricante
Rango de
Frecuencias
(GHz)
Ancho de
banda
(Mbps)
Costo
económico
($)
100
Distancia
de enlace
máxima
(Km)
**
Tsunami QB-8150 EPRUS
9200 MeshMax
Proxim
4.9 - 6.0
5.15 - 6.08
54
**
3,099.99
Gi-LINX 5.8 58PLRI
Gi-LINX 5.8 58PLRC
GigaBeam
5.470 - 5.875
108
48
**
Mororola Canopy 5200
Motorola Canopy 5700
Motorola Canopy
5400- Advantage
Motorola
5.2
5.7
5.4
6
7
14
*
*
*
ISP-CPE500AUHP
NetKrom
5.150 - 5.850
54
32
Rocket M5 Airmax
NanoStation M5
Ubiquiti
5.470 - 5.825
5.475 - 5.825
54
54
**
15
BreezeAccess VL
Alvarion
5.150 - 5.850
54
50
SkyConnector
SkyConnector Pro
Skypilot
4.940 - 5.850
13
16
4,799.00
Access5830 CPE
Trango
Systems
5.725 - 5850
10
28
783
234***
* 3Km con la antena interna y 16Km con reflector pasivo
** Dependiente de la antena empleada
*** Precio del radio RF, las antenas deben comprarse por separado.
45
Como se puede ver en este caso cuando se emplean redes con una
configuración de punto a multipunto no se debe tomar en cuenta únicamente a
las estaciones base debido a que la interconexión con las mismas de realiza
mediante el equipo suscriptor, por lo cual el rango de cobertura del mismo
forma un limitante de la extensión de la cobertura de la red debido a que por
ejemplo si se desea realizar un enlace entre la estación base y un suscriptor a
10Km de distancia de la misma bajo la siguiente condición: la estación base
puede proveer una cobertura de 15Km y el equipo suscriptor únicamente puede
realizar enlaces de 5Km de distancia, se produce un problema debido a que se
crea un enlace de una única vía o Simplex debido a que el modulo suscriptor
puede recibir la información proveniente de la base mientras que cuando se
desea realizar un enlace entre el modulo suscriptor y la estación base será
inalcanzable debido a que el esta se encuentra a una distancia mayor a los
5Km establecido como alcance máximo del equipo.
En cuanto a la escogencia del equipo se optó por los equipos de empresa
Alvarion debido a que los equipos cumplen con los estándares establecidos
para las distancias de enlace así como en cuanto a los anchos de banda
requeridos además del hecho que sus soluciones tanto para enlaces punto a
punto así como multipunto se encuentran dentro de las mejores, aunque los
equipos que presentan una mejor opción son los de la marca NetKrom debido a
que fueron diseñados especialmente para empresas que se desempeñan como
WISP (Wireless Internet Service Provider) por lo que poseen enrutadores
dentro de los radios esto permite que el equipo se desempeñe en una gran
cantidad de ambientes tanto como equipos punto a punto o punto multipunto.
Sin embargo en el país no existen proveedores de estos equipos por lo cual
generaría que el I.C.E tenga que realizar una compra en el exterior, afectando
el tiempo de ejecución del proyecto así como el hecho de generarse una
dificultad cuando se requiera que la empresa cambie algún dispositivo dañado.
Caso contrario con los equipos Alvarion de los cuales si existen proveedores
autorizados en el país.
46
4.4
Análisis de la Topología Actual de las Radiobases.
Como se mencionó en la sección 2.2.6 del marco teórico la topología de la red
se encuentra profundamente ligada a la manera en la que se conectan los
diferentes sitios y equipos. Es por esto que uno de los pasos iniciales para
poder generar una propuesta de diseño real de la red inalámbrica requiere de
un conocimiento de la localización de manera precisa de cada uno de los
diferentes sitios que formarán parte del estudio. En este caso se emplearon las
datos de la División de Servicios Infraestructura Civil y Electromecánica, debido
a que esta sección posee un inventario de las diferentes radiobases y centrales
telefónicas del país así como su localización geográfica (Latitud y Longitud), es
por esto que con base a la información brindada y que se encuentra en el
Anexo 4 se logró ubicar cada uno de los sitios dentro del mapa de Costa Rica
por medio del software RadioMobile así como por medio de GoogleEarth, a
partir de estos datos se consiguió tener una noción más clara de las distancias
entre cada una de las radiobases.
Para el análisis de la distribución de los sitios también se empleó la información
brindada por la División de Información Corporativa, la cual proporcionó los
datos de los anchos de banda disponibles de la red institucional en cada una
de las diferentes agencias telefónicas así como de las centrales eléctricas que
se muestra en el Anexo 3.
Una vez que se logró realizar la ubicación e identificación de los diferentes
sitios así como de los POP de la red institucional se generó un mapa como el
que se muestra en la figura 4.6, el cual permitió realizar el estudio del perfil de
los enlaces con el propósito de conocer en cuales sitios es posible la
elaboración de enlaces inalámbricos.
47
Figura 4.6. Distribución de los sitios de estudio.
Realizado en: RadioMobile Versión 10.0.9.
El mapa de la figura 4.6 corresponde a la región de Guanacaste, se decidió
emplear esta región como el punto de partida del estudio debido a que al
comparar las distancias y distribución de las radiobases en una zona rural a las
que se encuentran en el Gran Área Metropolitana se pudo notar que las
distancias de separación entre las diferentes radiobases son mayores para la
región de Guanacaste lo que permite definir las especificaciones técnicas
mínimas que deben cumplir los equipos, por lo cual al ser capaces de realizar
los enlaces a distancias mayores a las que se encontrara en las otras regiones
del territorio nacional permitirá el uso de los mismos a nivel nacional, siempre
bajo ciertas variaciones de interconexiones de acuerdo a cada región.
4.5
Calculo de parámetros y análisis del perfil de los enlaces.
La ubicación de las coordenadas geográficas de los diversos equipos se
obtuvieron por medio de los datos brindados por la División de Servicios
Infraestructura
Civil
y
Electromecánica
del
Instituto
Costarricense
de
Electricidad, por medio de estos datos se ubicaron geográficamente los sitios
48
por medio del software de RadioMobile con lo cual se logró realizar el análisis
de factibilidad técnica del enlace inalámbrico a una frecuencia de 4,9-5,9GHz
con el fin de cubrir el rango de operación de las frecuencias permitidas por ley.
El empleo del RadioMobile [27] se realizó con el fin de poder evaluar las
características geográficas del relieve de la periferia de cada sitio con el
propósito de poder establecer si existía la posibilidad de desarrollar enlaces
entre esta y otras centrales o radiobases.
Por medio de los datos brindados por el software de simulación así como por el
GoogleEarth se pudo realizar un análisis de la zona de Fresnel así como las
pérdidas de atenuación en el espacio libre, a continuación se presentan los
resultados de estos cálculos, es importante recordar que los cálculos se
encuentran disponibles en la sección de apéndices.
4.5.1 Sitios con conexión inalámbrica al Punto de Presencia (POP)
Estos sitios se encuentran conformados por aquellos en los cuales se logró
comunicar a un cierto número de radiobases con una estación central a través
de la cual se puede tener acceso a la red interna del I.C.E. A continuación se
muestran los cálculos de los principales parámetros que se tomaron en cuenta
para el establecimiento de los enlaces en cada uno de los puntos de presencia.
4.5.1.1
Perdidas de propagación en el espacio libre.
Las pérdidas de propagación en el espacio libre son uno de los aspectos que
más interfieren en el planeamiento de los enlaces inalámbrico debido a que
estas se encuentran en función de la frecuencia así como de la distancia del
enlace por lo cual a mayor distancia las pérdidas de potencia de la señal
debido al espacio libre aumentan. A continuación se muestra el cálculo de la
atenuación de la señal a causa de la propagación en el espacio libre para el
enlace entre la central telefónica de Cañas Dulces 50102-01 y la radiobase de
Santa Rosa 20104-01.
49
𝐿𝐿𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸 = 92,4 + 20𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿(𝑑𝑑) + 20𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿(5,8)
𝐿𝐿𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸 = 92,4 + 20𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿(16.52) + 20𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿(5,8)
𝐿𝐿𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸 = 132.0287𝑑𝑑𝑑𝑑
En la tabla 11 se muestran los resultados de la atenuación debido al espacio
libre para los enlaces establecidos entre las diferentes radiobases celulares y
el punto de presencia de la red interna del I.C.E.
Tabla 10.Perdidas de propagación en el espacio libre.
Punto de
Presencia (POP)
Enlace
Distancia de enlace (Km)
Perdidas de propagación (dB)
50102-01
20104-01
50103-01
16.52
11.21
132.0287
128.6606
50101-02
50102-02
50401-03
50101-05
50101-04
50101-01
13.50
13.33
9.38
0.97
11.71
130.2752
130.1651
127.1126
107.4039
129.0396
50501-01
50101-01
50104-01
50503-01
50504-01
50806-01
50602-01
50401-01
50402-01
16.40
13.68
13.08
5.68
26.62
18.03
7.41
4.22
131.9654
130.3902
130.0007
122.7555
136.1727
132.7884
125.0649
120.1748
50301-02
50301-01
50301-04
50307-01
7.91
5.40
7.66
125.6320
122.3164
125.0649
50801-01
50803-01
5.61
122.6478
50601-01
50601-02
50603-01
16.47
10.88
132.0024
128.4011
50701-02
50704-01
50703-01
8.62
6.35
126.3787
123.7240
50201-01
50202-03
7.79
125.4993
50206-02
50306-01
8.55
126.3078
50205-02
51101-02
50205-01
50906-02
4.93
3.11
16.15
121.5254
117.5237
131.8320
50401-02
50403-01
50
4.5.1.2
Atenuación debido a la Lluvia.
El cálculo del efecto de atenuación que provoca la lluvia sobre la potencia de la
señal transmitida se calculó por medio de la recomendación UIT-R P.838-3 de
la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) por medio de la cual se
obtuvo el promedios de la intensidad de lluvia para Costa Rica el cual es de
145mm/h de acuerdo a la información del Anexo 2.
Además de la intensidad de lluvia promedio anual brindada por al UIT, se
acceso a la información que posee el Instituto Meteorológico Nacional [20], sin
embargo esta institución no posee las estadísticas de todos los sitios
requeridos para el estudio, por lo cual se decidió emplear la información
proporcionada
por
la
recomendación
de
la
Unión
Internacional
de
Telecomunicaciones.
Para el cálculo de la atenuación debido a la lluvia, se realizó una interpolación
con los datos presentes en la recomendación UIT-R P.838-3 tal y como se
puede observar en la sección A.3 de la sección de apéndices, esto ya que al no
existir información acerca del valor de las constantes de Kh así como de αh
para la frecuencia de 5.8GHz se decidió emplear estas constantes para el
cálculo debido a que la polarización horizontal es la más susceptible a la
atenuación producida por la lluvia.
De acuerdo con los datos de la interpolación de la sección A.3 del apéndice,
se obtuvieron los siguientes polinomios de interpolación para el cálculo de los
coeficientes de K h y α h . Para el caso del cálculo de K h se empleó el siguiente
polinomio:
𝐾𝐾ℎ (𝑓𝑓) = 6𝑥𝑥10−9 ∙ 𝑓𝑓 6 − 8𝑥𝑥10−7 ∙ 𝑓𝑓 5 + 2𝑥𝑥10−5 ∙ 𝑓𝑓 4 − 0,0001 ∙ 𝑓𝑓 3 + 0,0004 ∙ 𝑓𝑓 2 − 0,0005 ∙ 𝑓𝑓 + 0,0002
Donde:
𝐾𝐾ℎ (𝑓𝑓) = 𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑙𝑙𝑙𝑙 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝐾𝐾ℎ 𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖ó𝑛𝑛
𝑓𝑓 = 𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑐𝑐á𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙
51
Al emplear la ecuación de interpolación para el cálculo del coeficiente K h para
la frecuencia de 5,8GHz se obtuvo un valor de 0,0006036478. En el caso del
cálculo de la constante α h se utilizó el siguiente polinomio obtenido de la
interpolación de las frecuencias de 4.5GHz a 7GHz:
𝛼𝛼ℎ (𝑓𝑓) = −0,0127 ∙ 𝑓𝑓 4 + 0,3151 ∙ 𝑓𝑓 3 − 2,9156 ∙ 𝑓𝑓 2 + 11,816 ∙ 𝑓𝑓 − 15,941
Donde:
𝛼𝛼ℎ (𝑓𝑓) = 𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑙𝑙𝑙𝑙 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝛼𝛼ℎ 𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖ó𝑛𝑛
𝑓𝑓 = 𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑐𝑐á𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙
Al emplear la ecuación de interpolación para el cálculo del coeficiente α h para
la frecuencia de 5,8GHz se obtuvo un valor de 1,618857. Una vez que se
obtuvieron los valores de los coeficientes de K h así como α h para la frecuencia
de 5,8GHz se procedió a realizar el cálculo de la atenuación empleando las
ecuaciones de la sección 2.2.2.2 de la siguiente manera:
La intensidad promedio de lluvia para el 0.01% según la gráfica mostrada en el
Anexo 2:
R=145 mm/h.
Empleando la ecuación 2.9 para el cálculo de la atenuación específica se
obtiene:
𝛾𝛾𝑅𝑅 = 0.0006036476 ∙ 1451.618857
𝛾𝛾𝑅𝑅 = 1,9042 𝑑𝑑𝑑𝑑/𝐾𝐾𝐾𝐾
Para el cálculo del factor de reducción se procedió a calcular primero el factor
d o por medio de la ecuación 2.14 del cual se obtuvo el siguiente valor:
𝑑𝑑𝑜𝑜 = 35𝑒𝑒 −0.015 ∙145
𝑑𝑑𝑜𝑜 = 3,976 𝐾𝐾𝐾𝐾
52
Luego del cálculo de la constante d o se procedió a realizar el cálculo del factor
de reducción por medio de la ecuación 2.13 que en el caso del enlace entre la
central telefónica de Cañas Dulces 50102-01 y la radiobase de Santa Rosa
20104-01 la distancia del enlace es de 16.52Km aproximadamente por lo que el
cálculo del factor de reducción es el siguiente:
𝑟𝑟 =
1
16.52
1+
�3.976
𝑟𝑟 = 0.1939 𝐾𝐾𝐾𝐾
Calculando la distancia efectiva por medio de la ecuación 2.12 se obtuvo el
siguiente valor:
𝑑𝑑𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 = 16,56 ∙ 0.1939
𝑑𝑑𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 = 3.2048 𝐾𝐾𝐾𝐾
Por último el cálculo de la atenuación total provocada por la lluvia para el
enlace entre las centrales viene dado por la ecuación 2.8 según la cual:
𝐴𝐴 𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇 = 1,9042 ∙ 3,2048
𝐴𝐴 𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇 = 6,1028 𝑑𝑑𝑑𝑑
53
En la tabla 12 se muestra los resultados obtenidos al realizar el cálculo de la
atenuación debido a la lluvia para los diferentes enlaces.
Tabla 11. Atenuación de la señal debido a la lluvia.
Punto de
Presencia
(POP)
50102-01
Enlace
Distancia de enlace
(Km)
Distancia
Efectiva (Km)
Atenuación
Lluvia (dB)
20104-01
50103-01
16.52
11.21
3.2048
2.9351
6.1028
5.5892
50101-02
50102-02
50401-03
50101-05
50101-04
50101-01
13.50
13.33
9.38
0.97
11.71
3.0715
3.0626
2.7924
0.7797
2.9682
5.8490
5.8321
5.3176
1.4849
5.6524
50501-01
50101-01
50104-01
50503-01
50504-01
50806-01
50602-01
50401-01
50402-01
16.40
13.68
13.08
5.68
26.62
18.03
7.41
4.22
3.2002
3.0807
3.0492
2.3388
3.4594
3.2577
2.5876
2.0472
6.0942
5.8665
5.8066
4.4538
6.5877
6.2036
4.9276
3.8984
50301-02
50301-01
50301-04
50307-01
7.91
5.40
7.66
2.6460
2.2899
2.6174
5.0388
4.3607
4.9844
50801-01
50803-01
5.61
2.3269
4.4311
50601-01
50601-02
50603-01
16.47
10.88
3.2029
2.9119
6.0992
5.5452
50701-02
50704-01
50703-01
8.62
6.35
2.7210
2.4451
5.1816
4.6561
50201-01
50202-03
7.79
2.6325
5.0130
50206-02
50306-01
8.55
2.7140
5.1682
50205-02
51101-02
50205-01
50906-02
4.93
3.11
16.15
2.2010
1.7450
3.1906
4.1913
3.3231
6.0758
50401-02
50403-01
54
4.5.1.3
Cálculo de la zona de Fresnel.
Para el cálculo del radio de la primera zona de Fresnel, se realizó un análisis
de los perfiles de enlace obtenidos por medio del software RadioMobile con el
propósito de observar en los mapas topográficos de la región los diferentes
aspectos del relieve que puedan provocar una obstrucción de la zona de
Fresnel .Para esto se empleó la ecuación 2.16 por medio de la cual se
obtuvieron los siguientes resultados.
Tabla 12.Cálculo del primer radio de la zona de Fresnel.
Punto de
Presencia (POP)
Enlace
Distancia
de enlace (Km)
Distancia
D1(Km)
Distancia
D2(Km)
Primer Radio de
Zona Fresnel (dB)
50102-01
20104-01
50103-01
16.52
11.21
1.73
9.12
14.79
2.09
9.0432
9.4752
50101-02
50102-02
50401-03
50101-05
50101-04
50101-01
13.50
13.33
9.38
0.97
11.71
3.84
6.42
5.46
0.48
6.02
9.66
4.15
3.92
0.48
5.69
12.0451
10.2730
10.9764
3.5414
12.4279
50501-01
50101-01
50104-01
50503-01
50504-01
50806-01
50602-01
50401-01
50402-01
16.40
13.68
13.08
5.68
26.62
18.03
7.41
4.22
12.66
10.48
11.16
3.88
13.31
3.81
3.42
2.11
3.74
3.2
1.92
1.8
13.31
1.86
3.99
2.11
12.3468
11.3772
9.3004
8.0575
18.7455
4.5555
9.8608
7.4636
50301-02
50301-01
50301-04
50307-01
7.91
5.40
7.66
4.78
2.83
5.54
3.13
2.57
2.12
9.9935
8.4330
8.9977
50801-01
50803-01
5.61
3.22
2.39
8.5107
50601-01
50601-02
50603-01
16.47
10.88
11.72
1.96
4.75
8.92
13.3594
9.2112
50701-02
50704-01
50703-01
8.62
6.35
4.31
2.21
4.31
4.14
10.6671
8.7223
50201-01
50202-03
7.79
6.15
1.64
8.2682
50206-02
50306-01
8.55
5.48
3.07
10.1929
50205-02
51101-02
50205-01
50906-02
4.93
3.11
16.15
3.3
1.55
5.24
1.63
1.55
10.03
7.5901
6.3866
13.1085
50401-02
50403-01
55
Es importante hacer notar que se consideró como obstáculo aquellas
elevaciones del terreno en las que la presencia de edificaciones o vegetación
puedan provocar que exista una obstrucción de la primera zona del radio de
Fresnel o que no permitan la liberación del 60% de la misma.
4.5.1.4
Cálculo de la altura óptima de los equipos.
Dado que para el establecimiento de los enlaces entre las diferentes centrales
telefónicas y las radiobases celulares se emplearán las antenas que posee el
Instituto Costarricense de Electricidad para brindar cobertura celular estas
presentan diferentes alturas de acuerdo a una serie de regulaciones aquellas
que se encuentran dentro de centros urbanos poseen como máximo 30m de
altura, mientras que las que se colocan en regiones rurales la altura máxima
permitida es de 60m, es por esto que el cálculo de la altura de las antenas para
este proyecto no se enfocará al diseño de la altura del mástil de la antena, sino
más bien en encontrar la altura idónea donde se deben colocar los equipos
dentro de los márgenes de altura de las antenas que posee el I.C.E esto con el
fin de obtener las mejores condiciones posibles para el establecimiento de los
diferentes radioenlaces.
Es importante mencionar que los equipos se colocarán a una altura de 30m
para las antenas rurales y de 25m en las urbanas, por lo cual el estudio
únicamente se realizará para aquellos sitios donde la línea vista entre los
equipos transmisor y receptor presenta un compromiso importante. El cálculo
de la altura en la que se deben colocar los equipos se realizó empleando las
ecuaciones de la sección 2.2.8, 2.2.9 y 2.2.10 respectivamente.
En los siguientes cálculos se muestra el ejemplo del cálculo realizado para el
enlace establecido entre las centrales telefónicas de Santa Cruz y la radiobase
de Santa Rosa en la región de Guanacaste, inicialmente se calculó el factor de
radio ficticio para el cual se emplearon los valores del coeficiente de refracción
el cual varía de acuerdo a la época del año así como a la región por lo cual se
emplearon
los
valores
del
coindice
de
refracción
mostrados
en
la
recomendación de la UIT R P.453-9 según la cual Costa Rica posee un
56
coindice de refracción que varía entre los -50 a -60 sin embargo empleando la
recomendación de que brinda esta Institución se empleará el caso crítico de
K=4/3 el cual se establece como un criterio de diseño para las regiones de
climas Tropicales.
Una vez que se posee el valor del K se prosiguió a realizar el cálculo del radio
efectivo de la tierra para la región empleando la ecuación 2.19 de la siguiente
manera:
𝑅𝑅𝑒𝑒 = 1,33 ∙ 6370
𝑅𝑅𝑒𝑒 = 8472.1𝐾𝐾𝐾𝐾
Para los siguientes cálculos se necesita conocer una serie de parámetros como
son las distancias de separación así como las alturas a las cuales se
encuentran los equipos y el obstáculo. Para el caso del enlace realizado entre
la
central
telefónica
de
Santa
Cruz
50301-02
y
la
radiobase
de
Río Cañas 301-01 se obtuvieron los siguientes resultados a los que se debe
colocar la antena para lograr la liberación del 60% de la primera zona de
Fresnel.
𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴 𝐻𝐻𝑎𝑎 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇 = 87,3𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚
𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴 𝐻𝐻𝑏𝑏 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅 = 49,5𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚
𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴 𝐻𝐻 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂 = 56,9𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚
𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷 𝐷𝐷 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 = 7,91𝐾𝐾𝐾𝐾
𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷 𝐷𝐷1 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇 𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂 = 4,72𝐾𝐾𝐾𝐾
𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷 𝐷𝐷2 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅 𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂 = 3,19𝐾𝐾𝐾𝐾
𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂ó𝑛𝑛 = 5,8𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺
𝐻𝐻1 = 87,3 + 𝐻𝐻𝑎𝑎
𝐻𝐻2 = 49,5 + 𝐻𝐻𝑏𝑏
𝐻𝐻1 = 64,54
[64,54 − (87,3 + 𝐻𝐻𝑎𝑎 )] ∙ 3,09 = [(49,5 + 𝐻𝐻𝑏𝑏 ) − 64,54] ∙ 4,82
Variación H b
5
4
3
2
1
0
-1
-2
-3
-4
Altura H a
7,0986
5,5388
3,979
2,4192
0,8594
-0,7004
-2,2602
-3,82
-5,3798
-6,9396
𝐻𝐻𝑎𝑎 = 1,5598 ∙ 𝐻𝐻𝑏𝑏 − 0,7004
57
Como se puede observar en el cálculo anterior la altura que permite poseer una
liberación del 60% de la zona de Fresnel utilizando la menor altura posible fue
de -0,7004m, ya que con esto se logra que al dejar el equipo a la altura Hb
inicial, se requiera únicamente disminuir la altura del equipo en la torre Ha un
aproximado de 70cm con el fin de poder lograr el despeje necesario de la zona
de Fresnel.
Tabla 13. Cálculo de la altura óptima para la colocación de los equipos.
Punto de Presencia (POP)
Enlace
Altura del Transmisor
Equipos (m)
Altura optima del
equipo (m)
50101-02
50401-03
31
6,4m
50301-02
50301-01
30
-0.7004
50601-01
50601-02
31
4,84
50205-02
50906-02
31
-19,39
4.5.1.5
Presupuesto de enlace.
Para el cálculo del presupuesto de enlace se utilizó la ecuación 2.1 del marco
teórico, por medio de esta ecuación se puede conocer el margen de estabilidad
que posee el enlace, es decir cuántos decibeles se encuentra por encima de la
sensibilidad mínima de los equipos empleados, dentro del presupuesto de
enlace se estableció la necesidad de garantizar 5dB como margen de
seguridad mínimo, esto con el fin de garantizar que el enlace no se vería
afectado ante una variación climatológica mínima.
En la tabla 15 se muestra el cálculo del presupuesto de enlace realizado entre
la central telefónica de Cañas Dulces 50102-01 y la radiobase de Santa Rosa
20104-01.
58
Tabla 14. Presupuesto de enlace entre las radiobases 50102-01 y 20104-01.
Parámetros
Valor
Unidades
Potencia de Transmisión
21
dBm
Ganancia de la Antena Tx
21
dBi
Perdidas de Espacio Libre
132.0287
dB
Perdidas de Atenuación por Lluvia
6.1028
dB
Ganancia de la Antena Rx
17
dBi
Sensibilidad de Recepción
-89
dBm
Margen de Seguridad Resultante
9.8685
dB
En la siguiente tabla se muestran los resultados de los presupuestos de enlace
para todos los enlaces realizados entre las diferentes radiobases y los puntos
de presencia de la red interna del I.C.E
Tabla 15. Presupuesto de enlace entre las radiobases y los puntos de presencia de la red.
Punto de Presencia
(POP)
Enlace
Distancia
de enlace (Km)
Presupuesto de enlace
(dB)
50102-01
20104-01
50103-01
16.52
11.21
9.86
13.75
50101-02
50102-02
50401-03
50101-05
50101-04
50101-01
13.50
13.33
9.38
0.97
11.71
11.87
12.00
15.56
39.11
13.30
50501-01
50101-01
50104-01
50503-01
50504-01
50806-01
50602-01
50401-01
50402-01
16.40
13.68
13.08
5.68
26.62
18.03
7.41
4.22
9.94
11.74
12.19
20.79
5.23
9.00
18.00
23.92
50301-02
50301-01
50301-04
50307-01
7.91
5.40
7.66
17.32
21.32
17.95
50801-01
50803-01
5.61
20.92
50401-02
50403-01
59
50601-01
50601-02
50603-01
16.47
10.88
9.89
14.05
50701-02
50704-01
50703-01
8.62
6.35
16,43
19.61
50201-01
50202-03
7.79
17.48
50206-02
50306-01
8.55
16.52
50205-02
51101-02
50205-01
50906-02
4.93
3.11
16.15
22.28
27.15
10.09
4.5.2 Sitios sin conexión inalámbrica al Punto de Presencia (POP)
Estos sitios se encuentran conformados por aquellas radiobases en las cuales
no se logró comunicar con un punto de presencia directamente por medio de
los enlaces inalámbricos. Por este motivo se ideó la posibilidad de emplear los
enlaces E1 que poseen las diferentes centrales telefónicas para enlazar los
diversos equipos de seguridad con el centro de gestión de red. A continuación
se muestran los cálculos de los principales parámetros que se tomaron en
cuenta para el establecimiento de los enlaces entre las radiobases sin acceso
al punto de presencia y la central telefónica más cercana.
4.5.2.1
Perdidas de propagación en el espacio libre.
En la tabla 17 se muestran los resultados de la atenuación debido al espacio
libre para los enlaces establecidos entre las diferentes radiobases celulares y
las centrales telefónicas con acceso al enlace E1.
60
Tabla 16.Perdidas de propagación en el espacio libre para los enlaces E1.
Central
Telefónica
Enlace
Distancia de enlace (Km)
Perdidas de propagación (dB)
50503-02
50503-03
2,37
115.1635
50309-01
50304-01
50309-02
13.23
4.59
130.0997
120.7134
50902-01
50605-01
50704-03
50704-02
50904-01
50202-02
25.26
24.79
27.36
5.21
12.8
135.7172
135.5540
136.4108
122.0055
129.8127
4.5.2.2
Atenuación debido a la Lluvia.
Al igual que en el caso del cálculo de la sección 4.5.1.2 se empleó el polinomio
de interpolación obtenido para el cálculo de las constantes K h y α h , para este
caso los resultados obtenidos para el cálculo de los efectos que ejerce la lluvia
sobre los enlaces inalámbricos se muestra en la siguiente tabla.
Tabla 17. Atenuación de la señal debido a la lluvia para los enlaces al E1.
Punto de
Presencia
(POP)
50503-02
Enlace
Distancia de enlace
(Km)
Distancia
Efectiva (Km)
Atenuación
Lluvia (dB)
50503-03
2.37
1.4849
2.8276
50309-01
50304-01
50309-02
13.23
4.59
3.0573
2.1087
5.8219
4.0156
50902-01
50605-01
50704-03
50704-02
50904-01
50202-02
25.26
24.79
27.36
5.21
12.8
3.4354
3.4265
3.4716
2.2551
3.0337
6.5419
6.5251
6.6109
4.2943
5.7771
61
4.5.2.3
Presupuesto de enlace.
Al igual que en los casos anteriores, para el cálculo del presupuesto de enlace
se utilizó la ecuación 2.1 del marco teórico, por medio de la cual se logró
verificar si los equipos empleados están en la capacidad de realizar los enlaces
establecidos.
El cálculo del presupuesto de los diversos enlaces se encuentran disponibles
en la sección de apéndices. En la siguiente tabla se muestran los resultados de
los presupuestos de enlace para todos los enlaces realizados entre las
diferentes radiobases y los puntos de interconexión con el enlace E1.
Tabla 18. Presupuesto de enlace entre las radiobases y los puntos de interconexión con el
enlace E1.
4.6
Punto de Presencia
(POP)
Enlace
Distancia
de enlace (Km)
Presupuesto de enlace
(dB)
50503-02
50503-03
2.37
30.00
50309-01
50304-01
50309-02
13.23
4.29
12.07
23.27
50902-01
50605-01
50704-03
50704-02
50904-01
50202-02
25.26
24.79
27.36
5.21
12.8
5.74
5.92
4.97
21.70
12.41
Definición de las características de los equipos inalámbricos a emplear.
Una vez que se tiene noción de la topología a emplear en las radiobases
celulares de la región de Guanacaste, se pueden definir una serie de criterios y
requerimientos técnicos que los equipos deben cumplir.
62
Para el establecimiento de los criterios técnicos de los equipos se tomó en
cuenta una serie de aspectos tales como lo son: requerimientos eléctricos,
físicos, de seguridad así como de red los cuales se definen a continuación de
una manera más detalla.
4.6.1 Requerimientos Eléctricos.
Dentro de los aspectos eléctricos que se analizaron para los equipos se
encuentra la potencia de transmisión, sensibilidad de recepción, ganancia de la
antena así como la polarización y frecuencia de operación. Estos aspectos son
importantes a la hora de realizar la escogencia de los equipos ya que de estos
depende el establecimiento de los enlaces entre los diferentes sitios.
En el caso de la potencia de transmisión al tratarse de equipos que deben
operar bajo el rango de frecuencias de uso libre estos deben ajustarse tanto a
las disposiciones del diseño así como también a las normativas establecidas
por ley. Dado que para poder realizar enlaces punto a multipunto se requieren
antenas sectoriales las cuales poseen ganancias alrededor de 17dBi se realizó
un análisis por medio del software RadioMobile para determinar la potencia
mínima requerida por los equipos que permitiera alcanzar la distancia máxima
de enlace y el ancho de banda requerido para el enlace para lo cual se obtuvo
un valor de potencia de transmisión mínimo de 21dBm, ya que a partir de este
se garantiza el nivel de sensibilidad mínimo permitido de -89dBm y un margen
de seguridad aceptable.
63
Tabla 19. Comparación de las potencias de transmisión para los enlaces de mayor distancia.
Enlace
Potencias de
Transmisión (dBm)
Margen de
Seguridad (dB)
Nivel de
Recepción (dBm)
17
1,9209
-87,0791
18
2,9209
-86,0791
19
3,9209
-85,0791
20
4,9209
-84,0791
21
5,9209
-83,0791
17
1,7409
-87,2591
18
2,7409
-86,2591
19
3,7409
-85,2591
20
4,7409
-84,2591
21
5,7409
-83,2591
50902-01 a 50605-01
50902-01 a 50704-02
En materia al tipo de polarización a emplear en las antenas esta puede ser
tanto horizontal como vertical. Sin embargo para los enlaces desarrollados se
empleó la polarización horizontal debido a que esta es más vulnerable a sufrir
los efectos de atenuación por lluvia y se logró demostrar que los enlaces son
factibles aun bajo estas condiciones. Sin embargo se debe tratar en lo posible
de emplear polarización vertical con el fin de evitar en mayor grado los efectos
de la atenuación debido a la lluvia y de este modo mejorar el desempeño del
enlace.
4.6.2
Requerimientos Físicos.
En este aspecto se buscó que los equipos de transmisión que se colocarían en
las radiobases de la región de Guanacaste también puedan ser capaces de
trabajar bajo las condiciones climáticas de temperatura y humedad que
presentan las diferentes regiones del territorio nacional. Por este motivo se
manejo la posibilidad de que los equipos puedan ser de uso en interiores o
exteriores, en caso de ser para uso en interiores se buscó que los mismo sean
64
para montaje en racks de 19’’ debido a que estos son los que posee I.C.E para
el montaje de sus equipos.
En el caso de tratarse de equipos para instalación en exteriores se estableció el
requerimiento que el esquipo posea supresores de descargas atmosféricas con
el propósito de evitar que exista algún daño en el switch o router al cual se
interconectará el equipo debido a voltajes inducidos en los cables de conexión.
4.6.3
Requerimientos de Red.
En materia a los requerimientos de red para los equipos a emplear, estos se
basaron en las especificaciones brindadas por la sección de Seguridad
Electrónica los cuales establecieron la necesidad de que los equipos sean
capaces de poder manejar los siguientes aspectos:
4.6.3.1
Etiquetado de VLAN.
En base al estándar IEEE 802.1q con el cual se permite crear diferentes redes
virtuales dentro de la misma red de seguridad, lo que genera la posibilidad de
agrupar los equipos de acuerdo a la función que desempeñan y de esta
manera facilitar la administración de la red.
4.6.3.2
Calidad de Servicio QoS
Este aspecto es de suma importancia dado el hecho de que sobre la red
viajarán paquetes tanto de datos como de video, por lo cual se requiere una
priorización de la información, por lo tanto es muy relevante poder dar
preferencia a la información proveniente de las cámaras de seguridad
instaladas en las diferentes radiobases. Además de la priorización de la
información por el tipo de paquete que se está enviando también se buscará
que los equipos sean capaces de realizar una priorización por capa 2 o capa 3
con el fin de que los sitios que son más propensos a ser víctimas de actos
delictivos tengan una mayor preferencia a la hora de enviar datos a través del
enlace.
65
4.6.3.3
Regulación del Ancho de Banda Digital.
Dado que se en ciertos sitios la cantidad de dispositivos de seguridad que se
colocarán será mayor que en otros se buscó que el equipos inalámbricos sean
capaces de permitir realizar un ajuste en el ancho de banda de acuerdo a los
requerimientos, que permitieran manejar las tasas de Upload y Download de
cada uno de los enlaces de acuerdo a la densidad de tráfico estimada en base
a los equipos de seguridad instalados.
4.6.3.4
Opciones de enrutamiento.
En el caso de emplear la topología propuesta esta no es de mucha importancia
debido a que los paquetes se envían directamente al punto de conexión de la
red, en el caso de no emplearse esta topología si constituye un aspecto muy
relevante, esto debido a que por la extensión de la red inalámbrica es preciso
garantizar que el mantenimiento de la misma sea viable lo cual se puede lograr
con el uso de protocolos de enrutamiento dinámicos. Sin embargo los equipos
deben tener la capacidad de realizar enrutamientos estáticos, con el fin de
poder programar rutas default para el manejo del tráfico de la red si fuese
necesario.
En cuanto al enrutamiento dinámico se espera que los equipos cuenten como
mínimo con alguno de los Protocolos de Gateway Interior (IGP) como es el
caso de RIPv2, OSPF u otro protocolo similar. Los Protocolos de Gateway
Interior se encuentran divididos según el tipo de algoritmo que posean para el
cálculo de la mejor ruta por lo cual se encuentran los de vector distancia los
cuales toman como métrica los saltos que debe realizar el paquete para
alcanzar el destino y los de estado de enlace los cuales toman en cuenta el
estado actual del ancho de banda disponible por enlace.
66
4.6.3.5
Opciones de control y mantenimiento.
En este caso los equipos deben permitir el acceder a los mismos como mínimo
vía Telnet o SSH, sin embargo se recomendó la utilización de equipos que
soporten el protocolo SNMP con el fin de que la gestión de todos los
dispositivos pueda hacerse de manera unificada desde software en el centro de
gestión de red con el fin de que por medio de este se esté en la capacidad de
monitorear tanto los equipos inalámbricos así como también los switch y router.
4.6.4
Requerimientos de Seguridad.
Este aspecto es uno de los más importantes a tener en cuenta, esto debido al
hecho que al ser una red inalámbrica es muy propensa a ser víctima de
intentos de intrusión, por lo cual se busca que los equipos sean lo más seguros
posibles, esto con el fin de poder salvaguardar la integridad de la red como tal.
Es por esto que se descartan aquellos equipos que únicamente cuenten con el
algoritmo de encriptación
WEP (Wired Equivalent Privacy) debido a que
actualmente este método de encriptación de 104bits es muy fácil de romper,
por lo cual se pretende que los equipos cuenten como mínimo con una
encriptación WAP (Wi-Fi Protected Access), sin embargo se prefiere el
protocolo de encriptación AES (Advanced Encryption Standard) debido a su
alto grado de seguridad. Además de estas formas de seguridad se empleará
una de los aspectos que se tomaron en cuenta para la gestión de red como es
el filtrado de acceso a la red por medio de MAC así como de IP con el fin de
que únicamente los equipos con permiso puedan acceder a la misma.
67
4.6.5
Requerimientos Técnicos
Tabla 20. Requerimientos técnicos de los equipos inalámbricos.
Radio
Tasa de Transferencia (Tx Rate)
54Mbps o superior
5.15-5.25GHz 5.25-5.35GHz 5.47-5.72GHz 5.725.82GHz
20MHz o inferior , 40MHz modo turbo
21dBm o superior (en el puerto de la antena)
BPSK,QPSK,14QAM,64QAM
-89dBm mínima
24Km o superior
Frecuencia
Ancho del canal (seleccionable vía software)
Potencia de Transmisión
Modulación
Sensibilidad
Distancia de enlace
Puerto de red Ethernet
Interfase RJ-45
10/100Base-Tx
Compatibilidad con la norma IEEE 802.3af
(PoE)
preferible 802.3at
Control de Acceso al medio
IEEE 802.3 CSMA/CD
En el caso de poseer alimentación externa
100V ~ 240V AC/ 48V DC a 60Hz
Antena
Ganancia
21dBi o superior
Apertura del Haz a -3dB
(10.5°horizontal x 10.5°vertical) o inferior
Si posee antena externa debe poseer:
Conector tipo N Hembra 50Ω Impedancia
Manejo de Datos
Área Local Virtual (VLAN)
802.1Q
Seguridad
Algoritmos de encriptación
WAP, AES128
Calidad de Servicio (QoS)
Capa 2 (Dirección Mac) IEEE 802.1p
Capa 3 ( ToS )
Capa 4 (UDP/TCP)
Aspecto avanzados de red
SSID (Service set Identifier)
MIR , CIR ajustables
ACK Timeout (preferible)
Configuración y Mantenimiento
Acceso de Configuración y Mantenimiento
LAN, Wireless
Mantenimiento
Telnet, SNMPv2, opcional (SSH, servidor HTTP)
Actualización de Software
TFTP,FTP
Especificaciones Físicas del Equipo
Equipo para exteriores
Temperatura
-40°C a 55°C
Humedad
5% al 95% no condensada
Protección contra agua y poseer supresor para descargas atmosféricas
Equipo para interiores
Temperatura
0°C a 40°C
Humedad
5% al 90% no condensada
68
4.7
Definición de las características de los equipos para enlazarse al E1.
En el caso de los equipos que se emplearán para realizar el enlace entre los
equipos de grabación y el centro de monitoreo a través del empleo de la línea
E1 de las centrales telefónicas, se requiere que estos cumplan con una serie
de especificaciones como es el caso de aspectos eléctricos así como el de
gestión de red, en el caso de la seguridad este no es de importancia ya que al
tratarse de un enlace dedicado las posibilidades de intrusión son casi nulas.
Dado que la capacidad neta de un enlace E1 es de aproximadamente 2Mbps
es necesario el emplear un equipo de grabación en la central telefónica con el
fin de que este sea capaz de almacenar las imágenes transmitidas por los
demás enlaces y de esta manera no se sature el enlace. Se estableció la
posibilidad de emplear un enlace E1 compartido con otras secciones de I.C.E
sin embargo se debe garantizar un CIR de 512Kbps con el fin de poder tener
un acceso a la información almacenada en el videograbador en cualquier
momento.
4.7.1 Requerimientos eléctricos.
En este aspectos se analizaron en especial las interfaces de conexión ya que
para el caso del enlace E1 el equipo debe poseer conectores BNC de 75Ω
además de presentar compatibilidad con el estándar G.703 y el protocolo de
codificación HDB3, adema de esto se buscó que la interfase del conector RJ-45
maneje Auto-MDIX, en el caso de la alimentación esta debe ser 100~240v a
60Hz.
4.7.2 Requerimientos de red.
En este caso los equipos deben permitir el acceder a los mismos como mínimo
vía Telnet o WebBrowser, al igual que en los casos anteriores se recomendó la
utilización de equipos que soporten el protocolo SNMP, con el fin de poder
mantener la administración de la red de una manera más eficiente.
69
4.7.3 Requerimientos Físicos.
En este aspecto se manejo los mismos requerimientos establecidos para los
equipos inalámbricos, con el fin de que estos también se puedan desempeñar
en cualquier región del país.
4.7.4 Requerimientos Técnicos
Tabla 21. Requerimientos técnicos de los equipos empleados para la conversión de la trama IP
a G.703.
Interfase E1
Conector BNC 75Ω Impedancia
Compatible estándar G.703
Tasa de Transferencia 2.048Mbps
Codificación HDB3
Interfase Ethernet
Conector RJ-45
10/100Base-Tx
Compatibilidad con la norma IEEE 802.3
Alimentación
En el caso de poseer alimentación externa
100V ~ 240V AC/ 48V DC a 60Hz
Manejo de Datos
Soporte de VLAN
802.1Q
Monitoreo remoto del equipo preferiblemente mediante SNMP
Especificaciones Físicas del Equipo
Temperatura
menos 0° a 60°C
Humedad
5% al 95% no condensada
Montaje en Rack 19´´
4.8
Interconexion de los equipos a emplear.
Dado que el acceso a la red interna del Instituto Costarricense de Electricidad,
no se realizará de igual manera en los diferentes sitios, debido a que en la
mayoría de los casos el acceso a la misma será por medio de una conexión
estandar atraves de una interface RJ-45, mientras que en otros sitios la
inserción de los datos a la red del I.C.E se realizará por medio de un enlace E1
el cual posee una interfase BNC.
Es por este motivo que acontinuación se detalla la manera en la que se deben
interconectar los diferentes equipos que se emplearán para el proyecto de
70
acuerdo a su función dentro de la red esto con el proposito de que la
interconexión entre los diferentes equipos se realice de la manera correcta y de
esta forma garantizar el funcionamiento de los enlaces.
4.8.1
Estacion Base con enlace E1.
Dado que para poder realizar un enlace inalámbrico se requiere de la
existencia de Línea de visión entre ambos puntos, en el caso de los equipos de
Alvarion estos permiten establecer enlaces con nLOS (near Line of Sight) o
NLOS (Non Line of Sight), sin embargo en algunos casos aun bajo esta última
opción tampoco es posible establecer los enlaces, por lo cual la comunicación
inalámbrica en estos sitios con el punto de presencia de la red no es posible del
todo.
Es por esto que para poder garantizar que el 100% de los sitios posean
seguridad tanto de video vigilancia así como de los diferentes dispositivos de
seguridad, se ideó la utilización del enlace E1 que se encuentra disponible en
las diferentes centrales telefónicas. En este caso se pensó en emplear el
enlace E1 como un medio compartido por el cual viajara tanto la información
telefónica de las centrales así como la información provenientes de los
dispositivos de seguridad, sin embargo al considerar el ancho de banda de un
enlace E1 el cual es aproximadamente de 2Mbps, se estableció la necesidad
de colocar videograbadores en cada uno de estos puntos con el fin de evitar
saturar el enlace.
En cuanto al equipo que realizará la interconexión con el E1 se examino un
equipo que fuera capaz de manejar tanto las tramas IP así como la codificación
HDB3 y el protocolo G.703 el cual es empleado por el I.C.E por lo cual se
escogió el convertidor de Ethernet a E1 de la marca Ad-net Technologies el
cual permite concatenar hasta 4 enlaces E1 pudiendo crear una enlace E1 de
8Mbps y soporta hasta 4 puertos Ethernet para cuatro redes diferentes.
Como se puede observar en la figura 4.7 la cual nuestra él diagrama de
interconexión de los diferentes equipos a emplear se puede notar el
71
funcionamiento del modulo en sí, ya que la información captada por los equipos
inalámbricos así como la información proveniente de las cámaras locales es
enviada a un switch, que a su vez envía la información hacia el equipo
traductor de IP a G.703 el cual introduce los datos al enlace E1 para el envió
hacia la red interna del Instituto Costarricense de Electricidad.
Dado que cerca de las centrales con acceso al enlace E1, se encontraban
radiobases en las cuales tampoco era posible la conexión con la red
institucional a través de un enlace inalámbrico, se desarrolló en la central una
topología multipunto con el propósito de poder comunicar estos sitios con la
central telefónica.
Figura 4.7 Diagrama de conexión para la estaciones base con enlaces E1.
Realizado en: Microsoft Paint.
En la figura 4.8 se muestra la conexión entre las diferentes interfases del
equipo convertidor, el cual permite enviar información entre dos protocolos de
transmision diferentes.
72
Figura 4.8 Diagrama de conexión del equipo convertidor de IP a G.703.
Realizado en: Microsoft Paint.
4.8.2
Estación con acceso al Puntos de Presencia.
En el caso de los sitios que poseen acceso a la red interna del I.C.E o que se
encuentran cerca de la misma se utilizaron enlaces punto a multipunto, con el
fin de poder agrupar en estos sitios la mayor cantidad de radiobases y de esta
manera poder realizar una grabación local de los videos recibidos de las
cámaras colocadas en las diferentes radiobases celulares.
Este metodo de enlace permite poder mantener libre de tráfico los enlaces de
las agencias telefónicas, ya que todos los paquetes de video que provienen de
las cámaras se almacenan de manera local dentro de un videograbador
colocado en la estación base. Esto permite emplear el ancho de banda de los
sitios con acceso a la red interna de una manera más eficiente debido a que
unicamente se hace uso del mismo cuando se requiere.
73
Figura 4.9 Diagrama de conexión entre los equipos colocados en las estaciones centrales.
Realizado en: Microsoft Paint.
4.8.3
Radiobases suscriptoras.
En el caso de las radiobases que funcionarán como estaciones de conexión
remota a la estacion central se emplearán los equipos suscriptores SU-54 de la
marca Alvarion los cuales permiten lograr un ancho de banda neto de 32Mbps,
el cual garantiza un ancho de banda mayor al requerido permitiendo la
instalación en un futuro de más cantidad de equipos así como la posibilidad de
incrementar la calidad del video enviado por las cámaras.
74
Figura 4.10 Diagrama de conexión entre los equipos colocados en las estaciones centrales.
Realizado en: Microsoft Paint.
En la figura 4.10 se muestran los diferentes elementos que permiten el
establecimiento de los enlaces, en el caso de los equipos inalámbricos estos
poseen su propio equipo inyector PoE el cual debe conectarse a una
alimentación 100~240v, en el caso de la conexión
de datos este debe
conectarse al puerto troncal del switch con el fin de que toda la información de
los equipos conectados al switch pueda ser enviada a la estación base.
4.9
Descripción del software.
En cuanto a la creación de la bases de datos se utilizó software libre en su
totalidad con el fin de permitir que la base de datos pueda ser modificada en un
futuro sin la necesidad de comprar licencias o pagar por actualizaciones de la
misma.
75
Dentro de los diferentes lenguajes de programación utilizados para el diseño de
la base de datos de las radiobases de la región de Guanacaste se encuentran:
Hyper Text Markup Language “HTML”.
Hyper Text Pre-processor “PHP”.
API de GoogleMap ®.
La base de datos se instaló en un computador funcionando como un servidor
local de apache versión 2.2.4 y bajo PHP 5.2.3, el computador se encontraba
trabajando en base al sistema operativo de Windows XP de la empresa
Microsoft para su instalación se recurrió al tutorial [22].
La estructura de la interacción entre las diferentes páginas web que conforman
el sistema de búsqueda de las radiobases dentro de la base de datos se
muestra en la figura 4.11.
Figura 4.11. Estructura de interacción entre las principales páginas web.
Realizado en: Microsoft Word 2007.
Como se puede notar en la figura 4.11 la búsqueda en la base de datos se
realiza empleando dos tipos de páginas web como son las páginas dinámicas
así como las estáticas, esto se realizó con el fin de que el usuario estuviera en
la capacidad de poder establecer diferentes criterios de búsqueda dentro de la
base de datos de acuerdo a sus necesidades además de permitir al mismo el
ingreso de nuevos elementos a la base de datos.
76
4.9.1
Diseño de las páginas web estáticas.
Las páginas web estáticas se emplearon en el diseño de la base de datos de
las radiobases celulares en aquellos casos donde el usuario requiere de la
introducción de información, así como en los casos donde se le mostraría al
mismo cierto tipo de mensajes por defecto tal y como se muestra el mensaje
de advertencia de la figura 4.12. El mensaje de error de acceso a la base de
datos se muestra cuando el usuario no ha introducido un nombre de usuario o
contraseña correctos.
Figura 4.12. Mensaje de advertencia para rechazar el acceso a la base de datos.
Tomado de: Captura del sistema editado en Microsoft Paint.
En las siguientes figuras se muestra el algoritmo de programación empleado
para cada una de las páginas HTML mostradas en la figura 4.11, la
programación de estas páginas se realizó con el software Macromedia
Dreamweaver 8, este software de programación se empleó debido a su
flexibilidad y facilidad ya que permite mantener dos ambientes de programación
distintos para páginas web como es el caso de un modo código en el cual
únicamente se visualizan las diferentes instrucciones ingresadas, además del
modo código se encuentra el modo de diseño en el que se observa el acabado
final de la página este modo brinda la posibilidad de inserción de archivos de
77
imágenes dentro del diseño de la página web de una manera sencilla lo que
permite mejorar el aspecto gráfico de las mismas.
4.9.1.1 Página de Rechazo de acceso.
En la figura 4.13 se muestra el diagrama de flujo empleado en el desarrollo de
la página web encargada de informar al usuario que alguno de los datos
introducidos a la hora de identificarse se encuentra incorrecto.
Figura 4.13. Diagrama de flujo de la lógica empleada para la página Rechazo.html.
Realizado en: Microsoft Word 2007.
Como se puede observar en la figura 4.14, cuando el usuario ingresa a la
página se le pide una identificación por medio de una clave, esto con el fin de
poder acceder a la información que se encuentra almacenada en la base de
datos, en el caso de que la clave introducida por el usuario sea incorrecta se le
muestra al usuario un mensaje de advertencia como el que se muestra en la
figura 4.12. Además de esto se presenta la opción de que se pueda intentar
introducir nuevamente la clave en cuyo caso se re-direcciona al usuario de
nuevo a la página principal, en el caso contrario se mantendrá la visualización
del mensaje de advertencia.
78
Figura 4.14. Página de acceso a la base de datos.
Realizado en: Captura del sistema editado en Microsoft Paint.
4.9.1.2 Página para la creación de una cuenta de usuario.
En la figura 4.15 se muestra la lógica empleada para permitir el ingreso de un
nuevo usuario a la base de datos, además de esto en la figura 4.16 se puede
observar una captura de la información solicitada por el sistema.
Figura 4.15. Diagrama de flujo de la lógica empleada para la página Crearcuenta.html.
Realizado en: Microsoft Word 2007.
79
Como se puede notar al analizar el diagrama de flujo de la figura 4.15, cuando
el administrador desea ingresar un nuevo usuario en la base de datos este
debe indicar el nombre del usuario y la contraseña que le asignará al mismo.
Una vez realizado esto, la información es enviada a la siguiente página con el
fin de que se pueda ingresar en la base de datos. Si por el contrario el
administrador da por descartado la inserción del nuevo usuario este es
redirigido a la página principal.
Figura 4.16. Información solicitada para la creación de un nuevo usuario.
Realizado en: Captura del sistema editado en Microsoft Paint.
4.9.1.3 Página para el formulario de introducción de equipo nuevo.
En la figura 4.17 se muestra el diagrama de flujo del algoritmo empleado para
introducir la información de los nuevos sitios que se introducirán en la base de
datos. Así mismo en la figura 4.18 se muestra una captura de la página web
encargada de realizar esta función.
80
Figura 4.17. Diagrama de flujo de la lógica empleada para la página FormularioEquipo.html.
Realizado en: Microsoft Word 2007.
Figura 4.18. Formulario empleado para enlistar nuevos sitios dentro de la base de datos.
Realizado en: Captura del sistema editado en Microsoft Paint.
Como se puede notar al analizar el diagrama de flujo de la figura 4.17, para la
inserción de nuevos sitios dentro de la base de datos el usuario debe ingresar
información específica de cada sitio tal y como se muestra en la figura 4.18 es
importante mencionar que las coordenadas geográficas que se introducen
deben ser las correctas ya que de lo contrario los sitios se mostrarán en una
ubicación errónea. De acuerdo con el diagrama de flujo cuando la información
es capturada, esta es enviada a la siguiente página con el fin de que pueda ser
81
ingresada dentro de la base de datos de las radiobases celulares. Igual que en
los casos anteriores cuando el usuario no desee realizar alguna inclusión este
será redirigido a la página principal.
4.9.2
Utilización del API de los mapas de la empresa Google®.
El empleo de los API de los mapas de google se emplearon como una forma de
permitir visualizar la localización de las diferentes radiobases por medio de
mapas políticos así como por medio de imágenes satelitales de la empresa
Google®, el empleo de las imágenes satelitales permite hacer acercamientos
de una zona especifica además de poder hacer un recorrido por diversos
lugares permitiendo observar la ubicación de las radiobases por donde se
encuentre el usuario posicionado en el mapa.
Para el diseño del mapa se empleó como se mencionó anteriormente los API
de Google los cuales son una serie de librerías e instrucciones propias de esta
empresa que permite la inserción de este tipo de mapas dentro de diversas
páginas web, es importante mencionar que para la utilización de este API se
requiere de la autorización y el envió de una clave de acceso de la empresa
Google con el fin de poder acceder a los servidores que contienen la
información de las imágenes satelitales.
4.9.3
Diseño de las páginas web dinámicas.
Las páginas web dinámicas se usaron en los casos donde se necesita que el
usuario pueda hacer búsquedas en la base de datos por medio de la
localización, dirección IP así como de la función que desempeña cada
radiobase en la red. Además este tipo de páginas también se empleó cuando el
usuario necesita ingresar información dentro de la base de datos.
Debido a que la base de datos se encontrará instalada en algún servidor del
Instituto Costarricense de Electricidad se necesita emplear páginas dinámicas
esto con el fin de poder tener la capacidad de acceder a la información que
contiene el servidor. Estas páginas además del código escrito bajo el lenguaje
82
de programación PHP también poseen código en HTML alojado dentro de las
instrucciones escritas en PHP esto con la intención de poder manipular la
apariencia de la página para que todas se mantengan una misma imagen.
4.9.3.1
Página para ingresar un nuevo Equipo
En la figura 4.19 se muestra el diagrama de flujo de la página Insertar
Equipo.php la cual se encarga de procesar la información digitada por el
usuario en el formulario de la página anterior para que sea comprendida por el
servidor web una vez que los datos llegan al servidor estos son almacenados
dentro de la base de datos.
Figura 4.19. Diagrama de flujo para la introducción de nuevos sitios a la base de datos.
Realizado en: Microsoft Word 2007.
4.9.3.2
Página para ingresar un nuevo usuario.
En la figura 4.20 se muestra el diagrama de flujo de la página Cuenta.php, esta
página se encarga de procesar la información digitada por el usuario, dado que
esta información contiene claves confidenciales se pensó en la utilización de
algún algoritmo de encriptación con el fin de que esta información se mantenga
segura, para lo cual se empleó la función md5 del lenguaje de programación
PHP lo cual permite la codificación así como la decodificación de la información
por medio del uso de Hash.
83
Figura 4.20. Diagrama de flujo para la creación de cuentas de usuario en la base de datos.
Realizado en: Microsoft Word 2007.
4.9.3.3
Página de Búsqueda.
En la figura 4.21 se muestra el diagrama de flujo de la página Busqueda.php, la
cual se encarga de procesar la información brindada por la base de datos así
como los criterios de búsqueda introducidos por el usuario. Además dentro de
esta misma página se encuentra incrustado el código de los API de Google®,
por medio del cual se logra mostrar la ubicación de cada uno de las radiobases
dentro del mapa de la región, esto se logra por medio del procesamiento de la
información de las coordenadas geográficas almacenadas en la base de datos.
Figura 4.21. Diagrama de flujo de la búsqueda realizada dentro la base de datos.
Realizado en: Microsoft Word 2007.
84
En la figura 4.22 se muestra una captura de la Página Principal.php, en la cual
se puede observar la ubicación de cada uno de los sitios introducidos dentro de
la base de datos.
Figura 4.22. Mapa de la ubicación por calles y avenidas de las radiobases celulares ingresadas
en la base de datos.
Realizado en: Captura del sistema editado en Microsoft Paint.
En el caso de la figura 4.23 se muestra una captura de la página de
Busqueda.php en la cual se observar una vista satelital de la región
seleccionada por el usuario
85
Figura 4.23. Vista satelital de las radiobases celulares ingresadas en la base de datos.
Realizado en: Captura del sistema editado en Microsoft Paint.
4.10
Topología propuesta para la región de Guanacaste.
Al analizar las diferentes topologías propuestas, la distribución de las
radiobases celulares así como de los puntos de acceso a la red interna, se optó
por la implementación de una topología hibrida, es decir se trató de emplear los
beneficios que presenta la conexión punto a multipunto junto con las ventajas
de los enlaces punto a punto. En el caso del diseño de una red Mallada (Mesh)
este se desestimó debido a las limitantes observadas en cuanto al manejo del
ancho de banda, así como por su rango de alcance tan limitado lo cual provoca
que se requiera de un número significativo de equipos que cumplirían las
funciones de repetidores incrementando el costo de la red de una manera
significativa.
86
Figura 4.24. Distribución de los sitios de estudio de la región de Guanacaste.
Realizado en: RadioMobile Versión 10.0.9 y GoogleEarth Pro.
Figura 4.25. Distribución de los sitios de estudio de la región de Guanacaste.
Realizado en: RadioMobile Versión 10.0.9 y GoogleEarth Pro.
87
Para la topología de las figura 4.24 y 4.25 se colocaron
equipos punto a
multipunto cerca del punto de presencia de la red del I.C.E esto con el fin de
facilitar el establecimiento de un enlace punto a punto con la agencia telefónica
o central eléctrica en la cual existe la posibilidad de acceso a la Intranet.
Uno de los aspectos que se observó al realizar los enlaces inalámbricos entre
las diversas radiobases fue la existencia de ciertos sitios donde la conexión con
el punto de presencia no era posible, por lo cual se estableció como segunda
opción la utilización de los enlaces E1 de algunas de la centrales telefónicas
para el envió de la información, para lo cual se necesitaría emplear equipos
traductores del formato IP a G.703, de esta manera se lograría cubrir en su
totalidad las radiobases de la región de Guanacaste.
En este último caso al igual que el caso anterior se pretende emplear enlaces
inalámbricos punto a multipunto con el fin de concentrar la mayor cantidad de
información proveniente de las radiobases en un único punto y de esta manera
facilitar su envío al centro de monitoreo.
4.10.1 Topología de enlaces inalámbricos.
En la figura 4.26 se muestra una imagen digital de la zona de estudio la cual
fue obtenida mediante el programa de GoogleEarth® en la que se observa la
distribución de los diferentes sitios que funcionarán como estaciones base de
los enlaces multipunto, estos sitios son los encargados de recibir la información
de los diferentes dispositivos colocados en las radiobases que se encuentran
en sus alrededores.
Los sitios mostrados en la figura 4.26 muestran las diferentes radiobases que
se encuentran cerca o dentro de una agencia telefónica por medio de las
cuales se puede tener acceso a la red institucional.
88
Figura 4.26. Ubicación de las radiobases celulares que poseen acceso a la red del I.C.E.
Realizado en: GoogleEarth Pro.
En cuanto a los enlaces multipunto estos se desarrollaron en las radiobases de
Cañas Dulces, Bagaces, Cañas, Filadelfia, Santa Cruz, Liberia, etc. En las
cuales se buscó la posibilidad de lograr agrupar la información de un gran
número de radiobases en un solo punto. En la figura 4.27 se muestra la
conexión que existe entre la central telefónica de Filadelfia 50501-01 y las
radiobases que se encuentran en sus alrededores.
89
Figura 4.27. Topología propuesta para la central telefónica de Filadelfia y las radiobases de los
alrededores.
Realizado en: GoogleEarth Pro.
Además de los enlaces inalámbricos multipunto se desarrollaron enlaces punto
a punto como lo son el caso de las radiobases de las regiones de Guayabos,
Tilarán, Nicoya, Nosara. Se empleó este tipo de enlace debido a que en las
cercanías de estos puntos únicamente se encuentra una radiobase, por lo cual
emplear equipo multipunto representa un gasto innecesario actualmente, sin
embargo se debe analizar las proyecciones de crecimiento de cobertura celular
en la zona con el fin de evaluar si la colocación de equipos multipunto será lo
más ventajoso pensando en la escalabilidad de la red.
90
Figura 4.28. Topología propuesta para las radiobases de Tierras Morenas y el Silencio en la
zona de Tilarán.
Realizado en: GoogleEarth Pro.
Al tomar en cuenta el aspecto de tratar de brindar cobertura a todas las
radiobases de la región, se observó en base a los estudios de los perfiles de
enlace que en ciertos puntos del territorio no existían las condiciones de línea
vista entre los puntos a enlazar, por lo cual se decidió desarrollar una manera
alternativa para conectar estos sitios a la red interna y no emplear enlaces
inalámbricos.
4.10.2 Topología de enlaces E1.
En la figura 4.29 se muestra la distribución de las centrales telefónicas que
conformaran parte de los nodos de distribución de la información proveniente
de las diferentes radiobases por medio del acceso a los enlaces E1. Se trató
que los nodos con este tipo de interconexión fueran los mínimos posibles esto
debido a que el E1 es un enlace de alto costo, además de que existen un
número limitado de estos en las centrales telefónicas.
91
Figura 4.29. Ubicación de las centrales telefónicas en las que se empleara un enlace E1.
Realizado en: GoogleEarth Pro.
Los sitios que se seleccionaron para emplear el enlace E1 fueron las centrales
telefónicas de Tamarindo, Playas del Coco así como la central telefónica del
Cerro Santa Rita, esto lugares al ser centrales telefónicas permiten realizar la
conexión a la red interna del I.C.E y además permiten agrupar a un gran
número de radiobases que de otra manera no podrían enlazarse por medio de
enlaces inalámbricos a un punto de acceso de la red.
En la figura 4.30 se muestran los enlaces realizados entre la central telefónica
del Cerro Santa Rita 50902-01 y las diferentes radiobases celulares, en este
caso se puede notar la importancia de emplear videograbadores debido al gran
numero de información que llega a la central de las 5 radiobases enlazadas
provocaría que el E1 se sature lo que traería repercusiones en el desempeño
de la red.
92
Figura 4.30. Enlaces establecidos en la central telefónica del Cerro Santa Rita.
Realizado en: GoogleEarth Pro.
Una de las principales ventajas de las topologías empleadas para la
interconexión de las radiobases, radica en el hecho de que al emplearse una
topología multipunto en configuración de estrella se está en capacidad de
poder absorber los sitios nuevos que se encuentran en desarrollo para la
tecnología 3G lo cual hace que la red no sea un diseño rígido sino que permite
el escalamiento de la misma.
Finalmente existe la posibilidad de poder explotar las capacidades de la red al
emplearla no solo para la seguridad de las radiobases sino que también poder
brindar una cobertura de servicios de banda ancha a un gran número de
hoteles y empresas.
93
Capitulo 5
Análisis de Resultados.
Una vez que se establecieron los diferentes resultados de las investigaciones
realizadas para el desarrollo del proyecto, se puede proceder al análisis de los
resultados obtenidos y que contribuyeron con la selección de la solución
planteada.
Con el estudio de los diferentes aspectos legales que se mencionaron y
desarrollaron en la sección 4.2, se observó que existen grandes dificultades
para optar por el uso de una frecuencia licenciada debido a que la asignación
de estas, se encuentran a cargo de la Rectoría de Telecomunicaciones del
Ministerio de Ambiente, Energía y Telecomunicaciones (MINAET) y de acuerdo
al protocolo existente, la asignación de estas se hace mediante una concesión
por periodos de cinco años según consta en el artículo 26 de la ley general de
telecomunicaciones.
Por estos motivos se decidió emplear las frecuencias de uso libre, debido a que
estas no requieren de permisos para su utilización aunque si se establecen una
serie de requerimientos mínimos en los equipos a emplear por lo cual cómo se
mencionó en la sección 4.2 se analizó el Adendum VII del Plan Nacional de
Atribución de Frecuencias, en el que se establece que para el rango de
frecuencias escogidas de 5GHz la potencia máxima de los equipos a emplear
será de 350mW, lo cual se utilizó como una limitante a la hora de escoger los
equipos.
Para la topología de interconexión entre los diferentes sitios de estudio se
tomaron una serie de aspectos en consideración como ancho de banda y
perfiles de los enlaces. Dado que la red que se implementará utiliza el aire
como principal medio de propagación, se tiene como detrimento un ancho de
banda limitado, por lo cual se pretendió garantizar que los equipos a instalar
requieran del menor ancho de banda posible.
94
Tomando este aspecto como base se estableció un estudio del ancho de banda
cuyos resultados se muestran en la sección 4.1 en el cual se analizaron los
diversos algoritmos de compresión que actualmente emplean las cámaras de
seguridad utilizadas por la sección de seguridad electrónica, dentro de esto se
consideraron las posibles resoluciones a emplear así como la velocidad de los
cuadros que se debe emplear en las cámaras con el fin de hacer un uso
eficiente de ancho de banda.
Al realizar una comparación de las diferentes graficas de la sección 4.1 se
puede notar como el empleo de diferentes resoluciones en las imágenes así
como la cantidad de cuadros por segundo tiene un impacto significativo en el
ancho de banda consumido. Los datos de la tabla 3 muestran el tamaño
aproximado de las imágenes así como del ancho de banda en función de la
resolución y los cuadros por segundo tomados por la cámara, en los cuales se
puede notar como al no utilizar un protocolo de compresión de imágenes y el
máximo de cámaras, se obtienen consumos de anchos de banda del rango de
4.73Mbps con la menor calidad de la imagen y de hasta 48,66Mbps cuando se
planea emplear una resolución de 704x576 pixeles con un byte de resolución
por pixel y 15 cuadros por segundo. Es por esto que como medida correctiva se
estableció la necesidad de que las cámaras incorporen algún tipo de algoritmo
o protocolo de compresión de imágenes, con el fin de que el ancho de banda
requerido sea el menor posible.
Cuando se analizaron los diferentes protocolos de compresión y su desempeño
se puede notar que las figuras 4.2 y 4.3 como los algoritmos de compresión
H.264 y MPEG4 son los que generan los menores anchos de banda en ambas
resoluciones produciendo un aumento en el requerimiento del ancho de banda
de aproximadamente un 80% para el H.264, mientras que para el MPEG4 es
de un 76.92%. Sin embargo aunque el incremento en el algoritmo H.264 es
elevado, este es el que requiere del menor ancho de banda de la red ya que
consume un aproximado de 1Mbps para una resolución de 704x576 pixeles a
siete cuadros por segundo.
95
Dado de que se trata de una red de seguridad se trató de obtener la mejor
resolución de imagen posible con el menor ancho de banda, por lo cual se
buscó mejorar la cantidad de cuadros por segundo con el fin de que la imagen
del video trasmitido sea lo más fluida posible, en las tablas 6 y 7 se observa
como al aumentar la cantidad de cuadros por segundo el tamaño de la imagen
se mantiene constante pero el ancho de banda aumenta, esto se debe a que el
tamaño de la imagen únicamente se ve influenciado por la resolución de la
misma, mientras que el ancho de banda se ve afectado por la cantidad de
información que transita por el medio, por lo cual al aumentar el envío de
imágenes se requiere de mayor ancho de banda en el caso de las figuras 4.4 y
4.5 se observa como los algoritmos de compresión H.264 así como el MPEG4
son los que requieren menor ancho de banda, al igual que en el caso anterior el
menor requerimiento lo da el H.264 el cual requiere de 1.875Mbps para el envió
de imágenes a 704x576 pixeles de resolución y 15 cuadros por segundo, lo que
permite que los enlaces diseñados no requieran de anchos de banda muy
grandes logrando que las distancias de enlace sean mayores.
Al examinar los requerimientos del ancho de banda para la red desarrollada se
procedió a establecer un estudio del perfil de los diferentes enlaces como se
muestra en la sección 4.5, dentro de la cual se encuentra el cálculo de las
diferentes atenuaciones que afectan a los enlaces desarrollados como es el
caso de las perdidas por espacio libre así como la atenuación de la señal
debido a la lluvia. Estos cálculos son de suma importancia debido a que por
medio de ellos se logra dimensionar los requerimientos mínimos de potencia
que debe brindar el transmisor con el fin de poder superar las pérdidas de
potencia debido a estos efectos, en la tabla 11 y 17 se muestran los diferentes
valores de atenuación de la señal debido a la propagación en el espacio libre,
con los resultados obtenidos se observa como los valores de atenuación
aumentan conforme se incrementa la distancia de separación entre el
transmisor y el receptor siendo la atenuación máxima de 136.41dB para el
enlace entre la central telefónica del Cerro Santa Rita (50902-01) a la central
telefónica de Colorado de Abangares (50704-02).
96
Dado que en Costa Rica existen dos estaciones climáticas la estación seca y la
lluviosa se realizó el cálculo de la atenuación de la señal debido a la lluvia con
el fin de garantizar un enlace robusto ante los efectos de la lluvia y de esta
manera prever que este no salga de funcionamiento durante la estación
lluviosa. En las tablas 12 y 18 se muestra la atenuación provocada por la lluvia
en los diferentes enlaces inalámbricos desarrollados al igual que en el caso de
las pérdidas de propagación en el espacio libre el nivel de atenuación de la
señal también se encuentra en función de la distancia ya que como se muestra
en los valores de atenuación de la tablas 12 y 18 entre mayor sea la distancia
del enlace mayor serán las perdidas por atenuación debido a la lluvia.
En el caso de la tabla 14 se muestran los resultados de las alturas óptimas
para los equipos que por el análisis del perfil de enlace podían presentar
dificultades a la hora de garantizar la liberación del 60% de la primera zona de
Fresnel, en este caso los valores que se muestran con resultados positivos
corresponden a un aumento de la altura de los equipos, en el caso del
resultado obtenido de -0.70m hace referencia a la necesidad de la disminución
de la altura del equipo en aproximadamente 70 centímetros.
Con base al análisis y estudio de las distribuciones de los sitios a enlazar y la
valoración de las diferentes variables que pueden influir en el desempeño de
los enlaces, se estableció como se muestra en la sección 4.6 la topología que
se empleará para brindar acceso a la red institucional a la mayor cantidad de
radiobases posibles.
Dentro de la solución brindada se optó por emplear una topología multipunto
con el fin de poder agrupar a un alto número de sitios en un solo lugar dado
que los puntos de conexión a la red interna son pocos tal y como se puede
constatar en la figura 4.27, en este caso corresponden a las radiobases más
cercanas a las diferentes agencias telefónicas que se encuentran en la región
de Guanacaste. En la figura 4.26 se muestra el caso particular de la topología
empleada para poder brindar acceso a la red a las diferentes radiobases
cercanas a la agencia telefónica de Filadelfia, en la cual se puede observar
como todas las radiobases envían la información a una estación central lo cual
97
permite que los equipos suscriptores no requieran poseer la capacidad de
manejar grandes anchos de banda ya que únicamente deben ser capaces de
poseer un ancho de banda mínimo que les permita enviar la información de
todos los equipos instalados localmente hacia la estación central.
Además de los sitios con conexión al punto de presencia de manera
inalámbrica en la figura 4.29 se muestran los sitios que funcionarán como punto
de presencia hacia la red institucional por medio de los enlaces E1, en cuyo
caso al igual que los sitios anteriores se realizaron enlaces punto a multipunto
con el fin de cubrir la mayor cantidad de sitios posibles, en la figura 4.30 se
muestra la conexión realizada entre la central telefónica del Cerro de Santa
Rita 50902-01 y los sitios aledaños a esta en este caso se obtuvieron las
distancias de enlace mayores ya que se establecieron enlaces del rango de los
27Km.
En cuanto a las especificaciones de los equipos a emplear se basaron en las
necesidades y expectativas que la sección de seguridad electrónica tiene
establecidas para la red inalámbrica así como los aspectos inherentes del
diseño.
Dentro de los diferentes aspectos de la sección 4.6 y que se tomaron en cuanta
para el establecimiento de las futuras bases para una licitación para la compra
de los equipos se encuentran: los requerimientos eléctricos, físicos, red así
como de seguridad. Estos requerimientos son importantes ya que por medio de
los mismos se permite garantizar que los equipos se acoplarán de la mejor
manera a la infraestructura actual que posee el I.C.E en las radiobases, así
como también al clima del país y a las distancias de enlace.
En la sección 6 del capítulo 4, se muestra de manera detallada las
especificaciones técnicas de los equipos a instalar, dentro de estas se
encuentran cubiertas tanto las necesidades de la sección de seguridad
electrónica como es el caso de la posibilidad de establecer VLAN, Upload y
Download ajustables, encriptación de la información así como también los
98
criterios de diseño en cuanto a la ganancias de las antenas y potencias de
transmisión requeridas.
En la sección 4.6 también se explican los aspectos que se tomaron en cuenta
para la escogencia de los equipos encargados de realizar la conversión del
protocolo IP al G.703, al igual que el caso anterior se analizaron aspectos
eléctricos, físicos y de red de los equipos, en el caso del aspecto eléctrico
haciendo mayor referencia al tipo de interfaces que se requieren así como a los
conectores y protocolos que debe ser capaz de manejar el equipo.
Al realizar la comparación en las tablas 8 y 9 entre los diferentes equipos que
se pueden emplear para el proyecto, se puede observar que en el mercado
actualmente existen un gran número de equipos para el establecimiento de
enlaces inalámbricos, sin embargo los requerimientos del diseño así como el
desempeño y costo de los equipos influirá en la elección del equipo que mejor
se adapta a las necesidades del proyecto.
Es por este motivo que cuando se realizó un análisis a profundidad de los
desempeños (ventajas y deficiencias) de cada uno de los equipos, se observo
que por ejemplo aunque los equipos Motorola son los que presentan el mejor
desempeño en cuanto a distancia de enlace y ancho de banda, no representan
un opción viable para el proyecto debido al hecho que las distancias entre las
diferentes radiobases no alcanzan distancias mayores a los 50Km por lo cual
se estaría pagando un gran precio por un equipo subutilizado, en el caso de los
equipos Ubiquiti estos presentan una mejor opción en cuanto a precio y
además tienen la capacidad de establecer enlaces de hasta 50Km sin embargo
los requerimientos de desempeño que se requieren por parte del proyecto
como es el caso de VLAN no son soportadas por este lo cual provoca que no
pueda emplearse como una solución.
En base a este análisis es que se decidió emplear los equipos Alvarion tanto
para los enlaces punto a punto así como para los enlaces punto a multipunto.
Se decidió el emplear los equipos Alvarion BreezeAccess en el caso de los
enlaces punto a multipunto, debido a la escalabilidad de los mismos así como
99
por las capacidades de este equipo en cuanto al manejo de la red, en el caso
de los equipos NetKrom aunque su desempeño es superior al de la empresa
Alvarion uno de los aspectos a tomar en cuanta radica en el hecho que
actualmente no existe ningún proveedor autorizado en el país para este tipo de
equipo, por lo cual el I.C.E tendría que realizar una compra en el exterior para
poder adquirir los equipos provocando que se dé un atraso significativo en el
proyecto.
Dentro del análisis de los equipos multipunto también se estableció un estudio
de los equipos suscriptores o CPE debido a que estos son los encargados de
realizar la conexión con la estación base lo que genera que las limitaciones que
presente tanto la estación base así como los equipos suscriptores afectara el
desempeño de todo el sistema en sí. En el caso de los equipos punto a punto
se pretende emplear los BreezeNetB 300 los cuales garantizan anchos de
banda de aproximadamente 70Mbps estos se emplearían como enlace entre la
estación base y la agencia telefónica, se buscó que estos equipos tuvieran un
gran ancho de banda con el fin de que estuvieran en la capacidad de enviar
todo el trafico de la estación base a la red interna ya que la encontrarse en
estos sitios un gran número de información proveniente de otras radiobases se
requiere que el ancho de banda requerido para el transporte de la información
sea muy grande, sin embargo estos equipos serían empleados únicamente si
no se colocan videograbadores en las estaciones base.
En el caso de la interconexión de los equipos como se mostró en la sección
4.8, la solución planteada requiere de diferentes equipos así como de diversas
conexiones entre ellos, ya que como se puede observar en la figura 4.7 se
muestra la interconexión que se debe de realizar entre la estación base y el
enlace E1, en la cual se observa que para poder comunicar a la estación base
con la red del ICE se empleará un switch el cual recibirá la información
proveniente de las cámaras locales y de la estación base y la envía al equipo
convertidor el cual a su vez se encarga de re-encapsular la información en un
formato apto para ser enviada por medio del enlace E1.En la figura 4.8 se
muestra la manera en la que se integra el equipo convertidor a la red con el fin
de que pueda enviar el trafico del switch a través del enlace E1.
100
En la figura 4.9 y 4.10 se muestra la manera en la que se interconectarán los
equipos para las secciones que poseen acceso al punto de presencia de la red
a través del enlace inalámbrico como se puede observar en la figura 4.9 la
estación base debe poseer acceso al router o el switch del punto de presencia
con el fin de que el trafico pueda ser redirigido de manera correcta por la red
interna.
Por último en el caso de las rutinas de programación, desarrolladas en la
sección 4.9 se describen las diferentes paginas que conforman parte de la base
de datos de las bases celulares, en esta sección se mostraron cada uno de los
diferentes diagramas de flujo empleados como base para la programación de
las rutinas que deben desempeñar las diferentes páginas.
Cabe resaltar que para la puesta en marcha de la base de datos con los mapas
digitales de GoogleMap, se requiere obtener la autorización de esta empresa
este permiso no posee costo alguno, siempre y cuando las páginas sean
consultadas de manera local, ya que para casos comerciales existe un límite de
visitas a partir de las cuales se requiere del pago por los mapas.
Para este caso como se mencionó en la sección 4.9 se emplearon diversos
lenguajes de programación tanto del lado del servidor así como para las
páginas web, esto se realizó con el fin de que la base de datos y las páginas
puedan almacenarse dentro del servidor y de esta forma puedan ser
consultadas por cualquier usuario a través de la red interna.
Dado que al ser información importante la que se almacenara dentro de la base
de datos se decidió emplear como se muestra en la figura 4.14, un sistema de
validación de usuarios con el fin de que únicamente aquellos con autorización
puedan acceder a la información.
En la figura 4.18 se muestra el diagrama de las variables que se almacenarán
en la base de datos dentro de las cuales se encuentran la posición geográfica
por latitud y longitud, dirección IP así como la función que desempeña el equipo
dentro de la red.
101
Cuando se realiza una búsqueda en la base de datos de las radiobases, la
búsqueda puede realizarse en base a la longitud, latitud, dirección IP o función
que desempeña lo cual permite hacer tanto búsquedas precisas como
generales dentro de la base de datos.
En el caso de la visualización de los equipos se realizó por medio de los APIS
de google lo que permitió poder localizar los equipos a través de vistas aéreas
de las zonas cercanas a la que se encuentra además del empleo de mapas
políticos con el fin de poder realizar la localización de los sitios por medio de
calles y avenidas tal y como se puede observar en las imágenes de las
figuras 4.22 y 4.23.
102
Capitulo 6
6.1
Conclusiones y recomendaciones
Conclusiones.
•
La topología propuesta para la interconexión de las diferentes
radiobases celulares de la zona de Guanacaste por medio de enlaces
inalámbricas y enlaces E1 permite brindar acceso a la red institucional al
100% de los sitios analizados.
•
Los equipos que mejor se adaptan a los diversos requerimientos tanto
de diseño (distancia de enlace, potencia de transmisión, sensibilidad del
equipo) así como los establecidos por la sección de Seguridad
Electrónica (VLAN, QoS) fueron los de la marca Alvarion en el caso
especifico de los enlaces multipunto el modelo BreezeAccess VL,
mientras que en los enlaces punto a punto los modelos BreezeNet B los
cuales permiten realizar enlaces de hasta 54Km con diversidad de
anchos de banda desde 10Mbps hasta los 70Mbps.
•
La interconexión propuesta de los diversos sitios permite que la red sea
escalable a futuro ya que al emplear una topología en estrella, se logra
que los equipos que actualmente funcionan como equipos suscriptores
puedan convertirse en estaciones base con nuevos sitios enlazados a
estos.
•
La solución propuesta recurre a la red de transporte SDH del I.C.E para
enlazar aquellas radiobases donde no existe línea vista con el punto de
acceso a la red, esto permite que no se construyan antenas repetidoras
para enlazar estos sitios.
103
•
El empleo de videograbadores en las zonas de confluencia de los
enlaces inalámbricos, logra descongestionar el uso de la red de las
diferentes agencias telefónicas y centrales eléctricas ya que esta se
emplea únicamente cuando se necesite hacer alguna consulta en las
imágenes almacenadas en estos.
•
Por medio de los diferentes cálculos matemáticos realizados así como
por intermedio de las simulaciones de software efectuadas, se logró
demostrar la factibilidad del desarrollo de una red inalámbrica que
permita comunicar las radiobases celulares a la red institucional del
I.C.E en la región de Guanacaste.
•
El software desarrollado para la localización de las radiobases permite
ingresar y consultar información relevante de cada una, como es el caso
de direcciones IP, coordenadas geográficas, así como la función que
desempeña cada una dentro de la red.
•
Dentro de las limitaciones del diseño se encuentra que con los estudios
de los perfiles del enlace realizados no se puede constatar la existencia
de edificaciones y vegetación que pueda afectar el desempeño de los
mismos.
104
6.2
Recomendaciones
•
Para la verificación de las alturas en la que se colocaran los equipos se
recomienda realizar visitas a los sitios con el fin de constatar que la
altura propuesta en el monopolo de la radiobase se encuentra libre de
equipos.
•
En el caso de los enlaces con las agencias telefónicas se recomienda
que estos se encuentren en una frecuencia de operación diferente a la
de los equipos multipunto con el fin de evitar interferencia entre ambos
equipos.
•
Realizar mediciones de ruido con ayuda de analizadores de espectros
con el fin de garantizar que no existen redes contiguas transmitiendo a la
misma frecuencia así como para descartar la existencia de interferencia
con las demás equipos instalados.
•
Emplear supresores de descargas con interface RJ-45 con el fin de
garantizar que los equipos conectados a la antena como switch, estación
base, cámaras, etc., no sufrirán daños.
•
Se deben colocar en los sitios cámaras IP que operen con el algoritmo
de compresión H.264 con el fin de poder hacer un uso eficiente del
ancho de banda disponible por enlace.
•
Colocar videograbadores en cada una de las radiobases que funcionen
como una estación central para los enlaces inalámbricos.
•
Emplear la polarización vertical en las antenas con el fin de que se
pueda disminuir al máximo, el efecto de las lluvias en el desempeño de
la red.
105
Bibliografía y Referencias.
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lluvia para los métodos de predicción.
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necesarios para el diseño de sistemas terrenales con visibilidad directa.
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106
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Redes Inalámbricas. Editado por: Pascual Escudero, Alberto. Versión Final,
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radioenlaces para red celular de Ericsson. 2005
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factibilidad técnica de la implementación de la red inalámbrica hacia
Guanacaste para ampliar la cobertura de servicios de Continex
inalámbricas. 2008
108
Apéndice
Glosario
Enlace E1: conexión punto a punto, empleando para la unión de troncales
entre centrales telefónicas, la trama E1 se encuentra modulada por PCM con
32 canales de 64kbits lo cual le permite un ancho de banda aproximado de
2048kbps.
Ancho de Banda: en las redes de conexión, el ancho de banda hace
referencia a la cantidad de información que se puede enviar durante un periodo
dado de tiempo, usualmente se mide en kilobits por segundo (Kbps) o megabits
por segundo (Mbps).
QoS: Quality of Service, estándar para el monitoreo y mantenimiento a nivel del
desempeño de transmisión y servicio.
POP: Point of Presence , conexión física entre una red privada y la compañía
proveedora de los servicios de internet ISP.
Radiobase celular: sitio donde se encuentran alojados los equipos y antenas
de transmisión empleados para brindar el servicio de telefonía celular.
Central Telefónica: lugar utilizado por una empresa operadora de telefonía
donde se albergan los equipos de conmutación y los demás equipos
necesarios para la operación de llamadas telefónicas en el sentido de hacer
conexiones y retransmisiones de información. En estos lugares también se
encuentran los enlaces con otras centrales además de los circuitos
interurbanos.
Frecuencia Libre: rango de frecuencias cuyo uso puede ser compartido
debido a que no se requiere de permiso para la transmisión de información.
Nodo: sitio donde se posee una estación base de la red.
Free Space Loss: ver pérdidas de propagación en el espacio libre.
QAM: Quadrature Amplitude Modulation modulación de amplitud en cuadratura
corresponde a una de las diferentes técnicas de modulación digital para la
transmisión de datos.
PSK: Phase Shift Keying, modulación digital que emplea el desplazamiento de
fase para la transmisión de datos.
OFDM: ver modulación OFDM.
Espectro radioeléctrico: es un bien de dominio público, el cual se emplea
como un medio de transmisión de ondas electromagnéticas que permiten las
telecomunicaciones.
109
Monopolo: en este caso se refiere a la estructura metálica en forma cilíndrica
en la cual se colocan las antenas para la transmisión de la información.
WLAN: red inalámbrica de área local.
WMAN: red inalámbrica de área metropolitana.
Ptmp: siglas empleadas para denotar una topología punto a multipunto.
Ptp: siglas empleadas para denotar una topología punto a punto.
CPE: Customer premises equipment, se refiere a los equipos terminales
(antenas) empleados en los sitios que se desean enlazar.
Atenuación: disminución de la intensidad o potencia de la señal transmitida.
UIT: Unión Internacional de Telecomunicaciones. Es un organismo de las
Naciones Unidas, encargado de regular las Telecomunicaciones a nivel
mundial.
UIT-R: son una serie de recomendaciones en el sector de
radiocomunicaciones
por
parte
de
la
Unión
Internacional
Telecomunicaciones.
las
de
Torre: estructura metálica en la cual se colocan las antenas de transmisión de
la información.
Switch: dispositivo de red que filtra, envía e inunda de tramas basado en la
dirección de cada trama. Este dispositivo trabaja en la capa de datos de la capa
OSI.
Router: dispositivo de red que puede utilizar diversas métricas para el cálculo
de la ruta óptima por la cual debe ser enviado el tráfico. El router envía tráfico
de una red a otra basado en la capa de red.
WISP: Wireless service provider, proveedor de servicios inalámbricos se refiere
a la compañía encargada de brindar servicios de internet.
Rack: gabinete metálico que posee guías troqueladas a ambos lados a
distancias constantes. Este sistema permite que los equipos sean atornillados
minimizando el espacio ocupado.
VLAN: Virtual Local Area Network, es una subred definida por software, esta es
considerada como un dominio de broadcast el cual puede estar en el mismo
medio físico o en lugares separados.
nLOS: near Line of Sight, se refiere a la existencia parcial de la línea vista
entre ambos puntos del enlace.
110
NLOS: Non Line of Sight, hace referencia a la inexistencia de la línea de vista
entre los puntos a enlazar.
CIR: Committed Information Rate, consiste en la tasa de información mínima
que se debe garantizar, el resto del ancho de banda está sujeto a la
disponibilidad de la red.
IP: Internet Protocol, protocolo de internet que emplea series de cuatro octetos
separados por punto decimal.
G.703: interfaz de conexión tanto para cable coaxial de 75Ω o empleando un
par simétrico de 120Ω.
HDB3: protocolo de envió de información para líneas bipolares de alta
densidad de tercer orden.
H.264: formato de codificación digital para videos de alta calidad, este formato
utiliza la técnica de estimación de movimiento, este surge como predecesor del
formato MPEG4.
MPEG4: formato que emplea algoritmos de compresión que codifica datos,
audio y video, optimizando su almacenamiento, codificación y distribución en la
red.
STRM: Shuttle Radar Topography Mission, mapa digital que permite realizar un
análisis del relieve de la tierra por medio de imágenes de aproximadamente 3
arco-segundos.
111
A.1
Cálculo de enlaces con acceso directo a la red institucional
A.1.1 Central Telefónica de Bagases 50401-02
Figura A.1.1 Imagen de la Topología empleada para el POP de Bagases.
Realizado en: GoogleEarth.
A.1.1.1 Perdidas de propagación en el espacio libre.
Al emplear la ecuación 2.7 se obtuvieron los siguientes valores de atenuación:
𝐿𝐿𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸 = 92,4 + 20𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿(𝑑𝑑 𝐾𝐾𝐾𝐾) + 20𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿(5,8𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺)
Central Telefónica Montenegro 50401-01
𝐿𝐿𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸 = 92,4 + 20𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿(7,41𝐾𝐾𝐾𝐾) + 20𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿(5,8𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺)
𝐿𝐿𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸 = 125,0649𝑑𝑑𝑑𝑑
Radiobase Palmira 50602-01
𝐿𝐿𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸 = 92,4 + 20𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿(18,03𝐾𝐾𝐾𝐾) + 20𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿(5,8𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺)
𝐿𝐿𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸 = 132,7884𝑑𝑑𝑑𝑑
Radiobase Tierras Morenas 50806-01
𝐿𝐿𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸 = 92,4 + 20𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿(26,62𝐾𝐾𝐾𝐾) + 20𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿(5,8𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺)
𝐿𝐿𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸 = 136,1727𝑑𝑑𝑑𝑑
112
A.1.1.2 Atenuación debido a la lluvia.
Empleando los valores de las constantes K h y α h que se calcularon en el
apéndice A.3 se emplearon las ecuaciones 2.9 y 2.14 por medio de la cual se
obtuvo:
𝛾𝛾𝑅𝑅 = 1,9042 𝑑𝑑𝑑𝑑/𝐾𝐾𝐾𝐾
𝑑𝑑𝑜𝑜 = 3,976 𝐾𝐾𝐾𝐾
A continuación se muestran los cálculos para cada una de los enlaces
establecidos:
Central Telefónica Montenegro 50401-01
Para el cálculo del factor de reducción se empleó la ecuación 2.13
𝑟𝑟 =
1
1 + 7.41�3.976
𝑟𝑟 = 0.3492𝐾𝐾𝐾𝐾
La distancia efectiva del enlace de acuerdo con la ecuación 2.12 se obtiene:
𝑑𝑑𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 = 7,41 ∙ 0,3492
𝑑𝑑𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 = 2,5875 𝐾𝐾𝐾𝐾
Por último el cálculo de la atenuación total debido a la lluvia viene dado por la
ecuación 2.8 de la siguiente manera:
𝐴𝐴𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇 = 1,9042 ∙ 2,5875
𝐴𝐴𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇 = 4,9276 𝑑𝑑𝑑𝑑
113
Radiobase Palmira 50602-01
Para el cálculo del factor de reducción se empleó la ecuación 2.13
𝑟𝑟 =
1
1 + 18,03�3.976
𝑟𝑟 = 0,1806𝐾𝐾𝐾𝐾
La distancia efectiva del enlace de acuerdo con la ecuación 2.12 se obtiene:
𝑑𝑑𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 = 18,03 ∙ 0,1806
𝑑𝑑𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 = 3,2562 𝐾𝐾𝐾𝐾
Por último el cálculo de la atenuación total debido a la lluvia viene dado por la
ecuación 2.8 de la siguiente manera:
𝐴𝐴𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇 = 1,9042 ∙ 3,2562
𝐴𝐴𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇 = 6,2036 𝑑𝑑𝑑𝑑
Radiobase Tierras Morenas 50806-01
Para el cálculo del factor de reducción se empleó la ecuación 2.13
𝑟𝑟 =
1
1 + 26.62�3.976
𝑟𝑟 = 0,1299𝐾𝐾𝐾𝐾
La distancia efectiva del enlace de acuerdo con la ecuación 2.12 se obtiene:
𝑑𝑑𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 = 26,62 ∙ 0,1299
𝑑𝑑𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 = 3,4579𝐾𝐾𝐾𝐾
114
Por último el cálculo de la atenuación total debido a la lluvia viene dado por la
ecuación 2.8 de la siguiente manera:
𝐴𝐴𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇 = 1,9042 ∙ 3,4579
𝐴𝐴𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇 = 6,5877 𝑑𝑑𝑑𝑑
115
A.1.1.3 Calculo de la zona de Fresnel.
Para el cálculo de la zona de Fresnel se empleó la ecuación 2.16 así como el
análisis de perfil de cada uno de los enlaces establecidos por medio del cual se
obtuvo el siguiente resultado.
Central Telefónica Montenegro 50401-01
Figura A.1.2 Perfil de enlace entre la central telefónica de Bagases y la central telefónica de
Montenegro.
Realizado en: RadioMobile 10.0.9
De acuerdo a la ecuación 2.16 el radio de la zona de Fresnel para el enlace
establecido se calcula de la siguiente manera:
𝐷𝐷1 = 3,42𝐾𝐾𝐾𝐾
𝐷𝐷2 = 3,99𝐾𝐾𝐾𝐾
𝐷𝐷 = 7,41𝐾𝐾𝐾𝐾
𝑓𝑓 = 5,8𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺
3,42 ∙ 3,99
𝑅𝑅𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹 = 17.5�
5,8 ∙ 7,41
𝑅𝑅𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹 = 9,8608𝑚𝑚
116
Radiobase Palmira 50602-01
Figura A.1.3 Perfil de enlace entre la central telefónica de Bagases y la radiobase de Palmira.
Realizado en: RadioMobile 10.0.9
De acuerdo a la ecuación 2.16 así como la imagen de la figura A 1.3 el radio de
la zona de Fresnel para el enlace establecido se calcula de la siguiente
manera:
𝐷𝐷1 = 3,81𝐾𝐾𝐾𝐾
𝐷𝐷2 = 14.22𝐾𝐾𝐾𝐾
𝐷𝐷 = 18,03𝐾𝐾𝐾𝐾
𝑓𝑓 = 5,8𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺
3,81 ∙ 14,22
𝑅𝑅𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹 = 17.5�
5,8 ∙ 18,03
𝑅𝑅𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹 = 12,5961𝑚𝑚
117
Radiobase Tierras Morenas 50806-01
Figura A.1.4 Perfil de enlace entre la central telefónica de Bagases y la radiobase de Tierras
Morenas.
Realizado en: RadioMobile 10.0.9
De acuerdo a la ecuación 2.16 el radio de la zona de Fresnel para el enlace
establecido se calcula de la siguiente manera:
𝐷𝐷1 = 13,31𝐾𝐾𝐾𝐾
𝐷𝐷2 = 13,31𝐾𝐾𝐾𝐾
𝐷𝐷 = 26,62𝐾𝐾𝐾𝐾
𝑓𝑓 = 5,8𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺
13,31 ∙ 13,31
𝑅𝑅𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹 = 17.5�
5,8 ∙ 26,62
𝑅𝑅𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹 = 18,7455𝑚𝑚
118
A.1.1.4 Presupuesto de enlace.
Para el cálculo del presupuesto de enlace se utilizo la ecuación 2.1 de la
sección del marco teórico de la siguiente manera:
𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 = 𝑃𝑃𝑇𝑇𝑇𝑇 + 𝐺𝐺𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴 _ 𝑇𝑇𝑇𝑇 − 𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹 + 𝐺𝐺𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴 _𝑅𝑅𝑅𝑅 − 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿
Central Telefónica Montenegro 50401-01
Los diferentes valores de las ganancias de las antenas empleadas así como de
la potencia de transmisión para el cálculo del presupuesto de enlace son
tomados de la tabla 15
𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 = 21𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 + 17𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 − 125,0649𝑑𝑑𝑑𝑑 + 21𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 − 4,9276𝑑𝑑𝑑𝑑
𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 = −69,9633𝑑𝑑𝑑𝑑
Radiobase Palmira 50602-01
𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 = 21𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 + 17𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 − 132,7884𝑑𝑑𝑑𝑑 + 21𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 − 6,2036𝑑𝑑𝑑𝑑
𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 = −78,716𝑑𝑑𝑑𝑑
Radiobase Tierras Morenas 50806-01
𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 = 21𝑑𝑑𝐵𝐵𝐵𝐵 + 17𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 − 136,1727𝑑𝑑𝑑𝑑 + 21𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 − 6,5877𝑑𝑑𝑑𝑑
𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 = −83,3763𝑑𝑑𝑑𝑑
119
A.1.1.5 Presupuesto de enlace.
Para el cálculo del presupuesto de enlace se utilizo la ecuación 2.1 de la
sección del marco teórico de la siguiente manera:
𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 = 𝑃𝑃𝑇𝑇𝑇𝑇 + 𝐺𝐺𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴 _ 𝑇𝑇𝑇𝑇 − 𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹 + 𝐺𝐺𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴 _𝑅𝑅𝑅𝑅 − 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿
Radiobase Sámara 51101-02
Los diferentes valores de las ganancias de las antenas empleadas así como de
la potencia de transmisión para el cálculo del presupuesto de enlace son
tomados de la tabla 15
𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 = 21𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 + 17𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 − 121,52𝑑𝑑𝑑𝑑 + 21𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 − 4,1913𝑑𝑑𝑑𝑑
𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 = −65,84𝑑𝑑𝑑𝑑
Radiobase Puerto Carrillo 50205-01
𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 = 21𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 + 17𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 − 117,52𝑑𝑑𝑑𝑑 + 21𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 − 3,3231𝑑𝑑𝑑𝑑
𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 = −64,59𝑑𝑑𝑑𝑑
Radiobase Potal 50906-02
𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 = 21𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 + 17𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 − 131,83𝑑𝑑𝑑𝑑 + 21𝑑𝑑𝑑𝑑 − 6,0758𝑑𝑑𝑑𝑑
𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 = −75,65𝑑𝑑𝑑𝑑
120
A.2
A.2.2
Cálculo de enlaces con acceso a la red institucional por medio de
un enlace E1
Central Telefónica Punta Cacique 50503-02
Figura A.2.5 Imagen de la Topología empleada para el POP de Punta Cacique.
Realizado en: GoogleEarth.
A.2.2.1 Perdidas de propagación en el espacio libre.
Al emplear la ecuación 2.7 se obtuvieron los siguientes valores de atenuación:
𝐿𝐿𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸 = 92,4 + 20𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿(𝑑𝑑 𝐾𝐾𝐾𝐾) + 20𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿(5,8𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺)
Radiobase de Playa Panamá 50503-03
𝐿𝐿𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸 = 92,4 + 20𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿(2,37𝐾𝐾𝐾𝐾) + 20𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿(5,8𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺)
𝐿𝐿𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 = 115,1635𝑑𝑑𝑑𝑑
121
A.2.2.2 Atenuación debido a la lluvia.
Empleando los valores de las constantes K h y α h que se calcularon en el
apéndice A.3 se emplearon las ecuaciones 2.9 y 2.14 por medio de la cual se
obtuvo:
𝛾𝛾𝑅𝑅 = 1,9042 𝑑𝑑𝑑𝑑/𝐾𝐾𝐾𝐾
𝑑𝑑𝑜𝑜 = 3,976 𝐾𝐾𝐾𝐾
A continuación se muestran los cálculos para cada una de los enlaces
establecidos:
Radiobase de Playa Panamá 50503-03
Para el cálculo del factor de reducción se empleó la ecuación 2.1
𝑟𝑟 =
1
1 + 2.37�3.976
𝑟𝑟 = 0.6265𝐾𝐾𝐾𝐾
La distancia efectiva del enlace de acuerdo con la ecuación 2.12 se obtiene:
𝑑𝑑𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 = 2,37 ∙ 0,6265
𝑑𝑑𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 = 1,4848 𝐾𝐾𝐾𝐾
Por último el cálculo de la atenuación total debido a la lluvia viene dado por la
ecuación 2.8 de la siguiente manera:
𝐴𝐴𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇 = 1,9042 ∙ 1,4848
𝐴𝐴𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇 = 2,8276𝑑𝑑𝐵𝐵
122
A.2.2.3 Cálculo de la zona de Fresnel.
Como se muestra en la figura A.2.2 las posibilidades de una obstrucción a
causa del relieve de la zona de la primera zona de Fresnel es muy baja no se
realizo el cálculo de la misma, debido a que se considero innecesario.
Radiobase de Playa Panamá 50503-03
Figura A.2.6 Perfil de enlace entre la central telefónica de Punta Cacique y la radiobase de
Playa Panamá.
Realizado en: RadioMobile 10.0.9
123
A.2.2.4 Presupuesto de enlace.
Para el cálculo del presupuesto de enlace se utilizo la ecuación 2.1 de la
sección del marco teórico de la siguiente manera:
𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 = 𝑃𝑃𝑇𝑇𝑇𝑇 + 𝐺𝐺𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴 _ 𝑇𝑇𝑇𝑇 − 𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹 + 𝐺𝐺𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴 _𝑅𝑅𝑅𝑅 − 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿
Radiobase de Playa Panamá 50503-03
Los diferentes valores de las ganancias de las antenas empleadas así como de
la potencia de transmisión para el cálculo del presupuesto de enlace son
tomados de la tabla 15
𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 = 21𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 + 17𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 − 115,1635𝑑𝑑𝑑𝑑 + 21𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 − 2,8276𝑑𝑑𝑑𝑑
𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 = −61,98𝑑𝑑𝑑𝑑
124
A.3
Gráfica de Interpolación para el cálculo de K h y α h.
A.3.1 Cálculo de la constante K h
Para la creación de la curva de interpolación de los valores de la constante K h
se emplearon únicamente los valores que se encontraban dentro del rango de
1GHz hasta los 10GHz, esto debido a que al emplear la totalidad de los valores
de las constantes se dificulta el poder encontrar una función matemática que
permita simular el comportamiento observado en los datos, es por esto que se
decidió el emplear una interpolación de los datos por trozos es decir se
emplearía únicamente una interpolación de un rango de frecuencias dentro de
las cuales se encuentre la frecuencia de estudio.
En la figura A.3.1 se muestra el comportamiento de los valores de K h para el
rango de 1GHz hasta los 10GHz, dentro del cual se muestra la función de
interpolación esta presenta un comportamiento muy semejante al que
presentan los datos brindados por la ITU, lo cual permite emplearla para poder
calcular los valores de K h que no se encuentran presentes en la tabla 22 del
Anexo 1.
La función de interpolación que se consiguió con los datos empleados y bajo el
rango de frecuencias establecidos anteriormente es la siguiente:
𝐾𝐾ℎ (𝑓𝑓) = 6𝑥𝑥10−9 ∙ 𝑓𝑓 6 − 8𝑥𝑥10−7 ∙ 𝑓𝑓 5 + 2𝑥𝑥10−5 ∙ 𝑓𝑓 4 − 0,0001 ∙ 𝑓𝑓 3 + 0,0004 ∙ 𝑓𝑓 2 − 0,0005 ∙ 𝑓𝑓 + 0,0002
Donde:
𝐾𝐾ℎ (𝑓𝑓) = 𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑙𝑙𝑙𝑙 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝐾𝐾ℎ 𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖ó𝑛𝑛
𝑓𝑓 = 𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑐𝑐á𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙
125
Coeficiente Kh en funcion de la Frecuencia
Coeficiente Kh
Polinómica (Coeficiente Kh)
0,014
y = 6E-09x6 - 8E-07x5 + 2E-05x4 - 0,000x3 + 0,000x2 - 0,000x + 0,000
R² = 1
0,012
Coeficiente Kh
0,01
0,008
0,006
0,004
0,002
0
0
2
4
6
8
10
12
Frecuencia GHz
Figura A.3.7
Polinomio de interpolación para el cálculo del coeficiente Kh.
Realizado en: Microsoft Excel 2007.
A.3.2 Cálculo de la constante αh
se realizo una interpolación del valor del coeficiente αh bajo el mismo criterio
que en el caso anterior se empleó el rango de frecuencias de 1GHz hasta
10GHz, sin embargo como se puede observar en la figura A.3.2 la ecuación de
interpolación no es capaz de ajustarse al comportamiento que presentan los
datos brindados por la UIT.
126
Coeficiente ah en funcion de la Frecuencia
Coeficiente ah
Polinómica (Coeficiente ah)
1,8
1,6
Coeficiente αh
1,4
1,2
1
0,8
y = -0,000x6 + 0,003x5 - 0,031x4 + 0,121x3 - 0,095x2 - 0,126x + 1,116
R² = 0,981
0,6
0,4
0,2
0
0
2
4
6
8
10
12
Frecuencia GHz
Figura A.3.8 Polinomio de interpolación para el cálculo del coeficiente αh.
Realizado en: Microsoft Excel 2007.
Debido a que la ecuación de interpolación de la Figura A.3.2 no representa de
manera confiable el comportamiento de los datos, se decidió realizar una nueva
interpolación en este caso empleando un rango de frecuencias más cercanas a
la que se desea estudiar, es por esto que se empleó el rango de frecuencias
que va desde 4,5GHz hasta los 7GHz para la cual se obtuvo una ecuación que
representa de manera más fehaciente el comportamiento de los datos tal y
como se observa en la figura A.3.3.
127
Coeficiente ah en funcion de la frecuencia
Coeficiente ah
Polinómica (Coeficiente ah)
1,75
Coeficiente αh
1,7
1,65
1,6
y = -0,012x4 + 0,315x3 - 2,915x2 + 11,81x - 15,94
R² = 1
1,55
1,5
1,45
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Frecuencia GHz
Figura A.3.9 Polinomio de interpolación para el cálculo del coeficiente αh para las frecuencias
de 4.5GHz a 7GHz.
Realizado en: Microsoft Excel 2007.
La función de interpolación que se consiguió con los datos empleados y bajo el
rango de frecuencias establecidos anteriormente es la siguiente:
𝛼𝛼ℎ (𝑓𝑓) = −0,0127 ∙ 𝑓𝑓 4 + 0,3151 ∙ 𝑓𝑓 3 − 2,9156 ∙ 𝑓𝑓 2 + 11,816 ∙ 𝑓𝑓 − 15,941
Donde:
𝛼𝛼ℎ (𝑓𝑓) = 𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑙𝑙𝑙𝑙 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝛼𝛼ℎ 𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖ó𝑛𝑛
𝑓𝑓 = 𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑐𝑐á𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙
128
Anexos.
Anexo 1.
Constantes de polarización horizontal y vertical presentes en
la recomendación UIT-R P.838-3.
Tabla 22. Constantes de polarización horizontal y vertical obtenidas de la recomendación UITR P.838-3.
Frecuencia GHz
KH
αH
KV
αV
1
0,0000259
0,9691
0,0000308
0,8592
1,5
0,0000443
1,0185
0,0000574
0,8957
2
0,0000847
1,0664
0,0000998
0,949
2,5
0,0001321
1,1209
0,0001464
1,0085
3
0,000139
1,2322
0,0001942
1,0688
3,5
0,0001155
1,4189
0,0002346
1,1387
4
0,0001071
1,6009
0,0002461
1,2476
4,5
0,000134
1,6948
0,0002347
1,3987
5
0,0002162
1,6969
0,0002428
1,5317
5,5
0,0003909
1,6499
0,0003115
1,5882
6
0,0007056
1,59
0,0004878
1,5728
7
0,001915
1,481
0,001425
1,4745
8
0,004115
1,3905
0,00345
1,3797
9
0,007535
1,3155
0,006691
1,2895
10
0,01217
1,2571
0,01129
1,2156
15
0,04481
1,1233
0,05008
1,044
20
0,09164
1,0568
0,09611
0,9847
25
0,1571
0,9991
0,1533
0,9491
30
0,2403
0,9485
0,2291
0,9129
35
0,3374
0,9047
0,3224
0,8761
129
Anexo 2.
Mapa de la intensidad de lluvia (mm/h), presente en la
recomendación UIT-R P.837-1.
130
Anexo 3.
Anchos de banda disponibles en las agencias telefónicas y
centrales eléctricas.
Agencia Telefónica Bagaces
Agencia Telefónica Cañas
Agencia Telefonica Coyote
Agencia Telefónica Filadelfia
Agencia Telefónica Guayabo
Agencia Telefónica Huacas
Agencia Telefónica Las Juntas Abangares
Agencia Telefónica Liberia
CAIC Liberia
Agencia Telefónica Nicoya
Agencia Telefónica Nosara
Agencia Telefónica Samara
Agencia Telefónica Santa Elena
Agencia Telefónica Santa Cruz
Agencia Telefónica Tilarán
Ancho de
Banda
2 Mbps
2 Mbps
128 kbps
2 Mbps
2 Mbps
2 Mbps
2 Mbps
10 Mbps
10 Mbps
2 Mbps
2 Mbps
2 Mbps
2 Mbps
2 Mbps
2 Mbps
Microagencia Maxibodega Liberia
Central de Liberia
Agencia Eléctrica Nuevo Arenal
Agencia Eléctrica San Francisco Coyote
Agencia Eléctrica Santa Rita
Plantel Miravalles
Sandillal
Corobici
Cañas UENPROD
Plantel Arenal y ARCOSA
Tejona
Agencia Eléctrica. Liberia
Clor Liberia
Proyecto Pailas
Agencia Eléctrica. La Cruz
Agencia Eléctrica. Guayabo
Central de Samara
Central de Nosara
Agencia Eléctrica. Bagaces
Central de Nicoya
Agencia Eléctrica. Cañas
Agencia Eléctrica. Cobano
Agencia Eléctrica. Las Juntas Abangares
Nandayure
OSIVAN
Agencia Eléctrica. Tilarán
Agencia Eléctrica. Nosara
Agencia Eléctrica. Samara
2 Mbps
10 Mbps
56 Kbps
56 kbps
320 Kbps
100 Mbps
100 Mbps
100 Mbps
100 Mbps
8 Mbps
2 Mbps
100 Mbps
100 Mbps
10 Mbps
2 Mbps
8 Mbps
2 Mbps
2 Mbps
2 Mbps
2 Mbps
2 Mbps
2 Mbps
2 Mbps
2 Mbps
2 Mbps
2 Mbps
2 Mbps
2 Mbps
CENTRALES ELECTRICAS
CENTRALES TELEFONICAS
Sitio
131
Anexo 4.
Ubicación geográfica y función desempeñada por cada uno
de las radiobases analizadas.
132
Coordenadas
Nombre del Sitio
Código
Función
Cantón
Distrito
Latitud N
°
‘
“
Longitud W
°
‘
“
Santa Rosa
20104-01
RadioBase
Liberia
Nacascolo
10
51
29,93
85
34
21,57
Potrerillos
50103-01
RadioBase
Liberia
Mayorga
10
48
52,8
85
33
3,5
Pijije
50401-03
Central Telefónica
Bagaces
Bagaces
10
32
43,13
85
21
15,37
Liberia
Liberia
Earth de Liberia
50101-05
RadioBase
10
38
10,29
85
31
30,1
Liberia 2, Agencia (Liberia Mall)
50101-04
RadioBase
Liberia
Liberia
10
38
9,03
85
26
49,07
Llano Grande, Aeropuerto Liberia
50101-01
Central Telefónica
Liberia
Liberia
10
35
40,2
85
32
23,1
Cañas Dulces
50102-02
RadioBase
Liberia
Cañas Dulces
10
45
9,69
85
26
7,5
Guardia
50104-01
Central Telefónica
Liberia
Nacascolo
10
33
53,53
85
35
31,27
Sardinal
50503-01
Central Telefónica
Carrillo
Sardinal
10
31
7,93
85
38
57,47
Belén Carrillo
50504-01
Central Telefónica
Carrillo
Belén
10
24
29,93
85
35
14,27
Tierras Morenas
50806-01
RadioBase
Tilarán
Tierras Morenas
10
34
30,73
85
1
4,07
Palmira
50602-01
RadioBase
Cañas
Palmira
10
32
48,43
85
5
33,77
Montenegro
50401-01
Central Telefónica
Bagaces
Bagaces
10
28
42,93
85
12
44,47
Miravalles (Proyecto Geotérmico)
50402-01
RadioBase
Bagaces
Fortuna
10
42
24,2
85
11
21,8
Rio Cañas
50301-01
RadioBase
Santa Cruz
Santa Cruz
10
20
1,1
85
34
51,9
Bernabella
50301-04
RadioBase
Santa Cruz
Santa Cruz
10
18
40,89
85
35
14,6
Diría
50307-01
RadioBase
Santa Cruz
Diria
10
13
38,03
85
31
39,07
Silencio
50803-01
RadioBase
Tilarán
Tronadora
10
28
38,8
84
55
11,6
Cerro San José
50601-02
RadioBase
Cañas
Cañas
10
21
53,9
84
57
20,8
San Miguel Cañas, (Gotera)
50603-01
RadioBase
Cañas
San Miguel
10
20
2,33
85
3
37,77
San Joaquín
50704-01
RadioBase
Abangares
Colorado
10
13
55,73
85
5
31,57
Las Juntas
50703-01
RadioBase
Abangares
San Juan
10
13
39,23
84
58
30,67
Obispo
50202-03
RadioBase
Nicoya
Mansión
10
7
19,69
85
23
16,76
133
Coordenadas
Nombre del Sitio
Código
Función
Cantón
Distrito
Latitud N
°
‘
“
Longitud W
°
‘
“
Hacienda Pinilla
50309-02
RadioBase
Santa Cruz
Tamarindo
10
15
45,29
85
50
9,49
Porosal, (Pueblo Nuevo Juntas)
50605-01
RadioBase
Cañas
Porosal
10
13
49,63
85
12
30,07
Níspero
50704-03
RadioBase
Abangares
Colorado
10
13
17,1
85
11
52,9
Colorado de Abangares
50704-02
Central Telefónica
Abangares
Colorado
10
11
23,03
85
6
48,27
Santa Rita
50904-01
Central Telefónica
Nandayure
San Pablo
10
2
3,73
85
14
56,17
Mansión
50202-02
Central Telefónica
Nicoya
Mansión
10
6
5,43
85
22
33,77
Cañas Dulces 2
50102-01
RadioBase
Liberia
Cañas Dulces
10
44
10,03
85
29
11,67
Liberia
50101-02
Central Telefónica
Liberia
Liberia
10
37
52,63
85
26
21,67
Filadelfia
50501-01
Central Telefónica
Carrillo
Filadelfia
10
26
51,33
85
33
14,77
Bagaces
50401-02
Central Telefónica
Bagaces
Bagaces
10
31
44,23
85
15
24,17
Guayabo Bagaces, Miravalles
50403-01
Central Telefónica
Bagaces
Mogote
10
42
29,23
85
13
40,57
Santa Cruz
50301-02
Central Telefónica
Santa Cruz
Santa Cruz
10
15
45,93
85
35
15,17
Tilarán
50801-01
Central Telefónica
Tilarán
Tilarán
10
28
22,63
84
58
15,47
Cañas
50601-01
Central Telefónica
Cañas
Cañas
10
25
35,53
85
5
34,27
Limonal
50701-02
Central Telefónica
Abangares
Las Juntas
10
15
49,83
85
1
12,37
Nicoya
50201-01
Central Telefónica
Nicoya
Nicoya
10
8
45,13
85
27
18,17
Nosara
50206-02
Central Telefónica
Nicoya
Nosara
9
57
51,13
85
40
3,57
Sámara
50205-02
RadioBase
Nicoya
Samara
9
52
53,4
85
31
46,92
Punta Cacique
50503-02
Central Telefónica
Carrillo
Sardinal
10
34
7,93
85
41
21,87
Tamarindo
50309-01
Central Telefónica
Santa Cruz
Tamarindo
10
18
13,53
85
49
57,07
Cerro Santa Rita
50902-01
Central Telefónica
Nandayure
Santa Rita
10
1
9,5
85
17
38,5
Marbella
50306-01
RadioBase
Santa Cruz
Cuajiniquil
10
1
29,43
85
42
56,77
Sámara
51101-02
RadioBase
Hojancha
Hojancha
9
52
57,73
85
29
4,67
134
Coordenadas
Nombre del Sitio
Código
Función
Cantón
Distrito
Latitud N
°
‘
“
Longitud W
°
‘
“
Sámara (Puerto Carrillo)
50205-01
RadioBase
Nicoya
Sámara
9
52
8,19
85
30
15,5
Potal
50906-02
Central Telefónica
Nandayure
Bejuco
9
53
4.0
85
22
55,2
Playa Panamá de Carrillo, Papagayo
50503-03
RadioBase
Carrillo
Sardinal
10
35
5,63
85
40
30,37
50304-01
RadioBase
Santa Cruz
Tempate
10
24
14,03
85
46
1,57
Tempate
135